BR102015004172B1

BR102015004172B1 - Queimador de aquecimento transiente, e método de operar um queimador num forno

Info

Publication number: BR102015004172B1
Application number: BR102015004172-1A
Authority: BR
Inventors: Anup Vasant Sane; Shailesh Pradeep Gangoli; Aleksandar Georgi Slavejkov; Michael David Buzinski; Jeffrey D. Cole; Reed Jacob Hendershot; Xiaoyi He
Original assignee: Air Products And Chemicals, Inc
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2022-02-22
Also published as: EP2913586B1; RU2670345C2; KR101730700B1; JP2015165180A; US20160273765A1; KR20150102724A; MY189504A; TW201533394A; RU2015107003A; CL2015000496A1; RU2015107003A3; JP6055004B2; CA2883023C; EP2913586A1; US20150247673A1; ES2786190T3; CN104879751B; US9976741B2; CN204513376U; MX2015001943A

Abstract

QUEIMADOR DE AQUECIMENTO TRANSIENTE, E MÉTODO DE OPERAR UM QUEIMADOR NUM FORNO. Um queimador de aquecimento transiente que inclui pelo menos dois elementos queimadores cada um deles possuindo um bocal de distribuição configurado para fluir um combustível; e um bocal anelar envolvendo o bocal de distribuição e configurado para fluir um primeiro oxidante; pelo menos um bocal de escalonamento configurado para fluir um segundo oxidante; e um controlador programado para independentemente controlar o combustível que flui para cada bocal de distribuição tal que pelo menos um dos bocais de distribuição é ativo e pelo menos um dos bocais de distribuição é passivo, em que o fluxo de combustível no bocal de distribuição ativa é maior que um fluxo médio de combustível para os bocais de distribuição e o fluxo de combustível num bocal de distribuição passiva é menor que o fluxo médio de combustível, e para controlar urna relação de escalonamento para ser menor ou igual a cerca de 75%.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0001] Esse pedido está relacionado a um queimador e a um método para aquecer um forno e, em particular, a um forno de fusão industrial para proporcionar aprimorada transferência térmica proporcionando ao mesmo tempo uniformidade de aquecimento e redução do potencial de superaquecimento e das condições de oxidação numa superficie do banho de material derretido.

[0002] Num sistema convencional, o calor fornecido por uma chama estacionária não está direcionado ao material derretido, limitando assim a transferência térmica da chama para o material fundido. Além disso, se um sistema convencional fosse modificado para direcionar uma chama estacionária para o material fundido, poderia ocorrer um indesejável superaquecimento e oxidação do metal. Numa abordagem para evitar o superaquecimento, como orientado na Patente norte- americana U.S. No. 5.554.022, é o direcionamento de uma chama de baixa impulsão contra o material a fundir e em seguida incidir um jato de alta impulsão por sobre a chama de baixo momento, induzindo a chama a se mover. Todavia, nessa abordagem, existe ainda um significativo potencial quanto à oxidação do metal e das chamas flutuantes que podem interagir com, e superaquecer o material refratário do forno.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0003] Um queimador e método de aquecimento transiente proporcionam aprimorada cobertura de chama e fatores de visualização num forno. A configuração do queimador permite a entrega ideal de um fluxo térmico tanto no contexto espacial e temporal, tal que uma distribuição uniforme da temperatura pode ser alcançada e mantida num forno. O fluxo térmico uniforme é conseguido pelo direcionamento do fluxo térmico para locais apropriados, por exemplo, como determinado por um algoritmo, com base na geometria do forno, ou com base na resposta em tempo real proveniente de um ou mais sensores, para determinados periodos de tempo. O queimador e o método apresentados permitem selecionar chamas mais duradouras e mais penetrantes que podem incidir numa carga num forno, de modo a proporcionar aperfeiçoado derretimento, minimizando ao mesmo tempo as perdas devido à fusão oxidante. Em particular, múltiplas chamas de alta impulsão são direcionadas ao material em fusão num modo ciclico. O superaquecimento é evitado e a energia é distribuída de maneira mais uniforme ao longo da extensão do banho de material derretido. O queimador é também capaz de gerar turbilhonamento através da seletiva modulação das múltiplas chamas. Em particular, o queimador tem uma pluralidade de elementos queimadores separados, cada um dos quais com sua própria chama, num estado passivo ou ativo, que pode ser modulada segundo diversos padrões e frequências de modo a conseguir o desejado perfil de fluxo térmico.

[0004] Várias modalidades de um queimador de aquecimento transiente são descritas. O queimador inclui pelo menos dois elementos queimadores, cada um possuindo um bocal de distribuição configurado para fluir um combustível e um bocal anelar envolvendo o bocal de distribuição e configurado para fluir um primeiro oxidante, e pelo menos um bocal de escalonamento configurado para fluir um segundo oxidante. Um controlador é programado para controlar independentemente o fluxo de combustível para cada bocal de distribuição e para controlar uma relação de escalonamento de modo a ser menor ou igual a cerca de 75%. O controlado controla o fluxo tal que pelo menos um dos bocais de distribuição fica ativo e pelo menos um dos bocais de decantação fica passivo, onde o fluxo de combustível que está no bocal de distribuição ativa é maior que um fluxo médio de combustível para os bocais de distribuição e o fluxo de combustível num bocal de distribuição passiva é menor que o fluxo médio de combustível para os bocais de distribuição. A relação de escalonamento é a relação de oxigênio contido no segundo fluxo de oxidante relativamente à soma do oxigênio contido nos primeiro e segundo fluxos de oxidante.

[0005] Os elementos queimadores podem ser espaçados de forma substancialmente uniforme num círculo circunscrito, e o bocal de escalonamento fica posicionado dentro do círculo circunscrito. Num aspecto, o queimador inclui três elementos queimadores, cada um deles separado a 120° dos elementos queimadores adjacentes. Em outro aspecto, o queimador inclui quatro elementos queimadores, cada um deles separado a 90° dos elementos queimadores adjacentes. Em outros aspectos, o queimador pode incluir cinco ou seis elementos queimadores espaçados de maneira uniforme ao redor de um círculo circunscrito.

[0006] Num aspecto, pelo menos um dos elementos queimadores fica em posição radialmente angulada ao exterior num ângulo α a partir do círculo circunscrito. Os elementos queimadores podem estar todos inclinados no mesmo ângulo a, ou cada elemento queimador, n, pode estar radialmente inclinado ao exterior num ângulo an diferente. O ângulo α é preferivelmente menor ou igual a cerca de 60°, e mais preferivelmente de a partir de cerca de 10° até cerca de 40°.

[0007] Em outro aspecto, pelo menos um dos elementos queimadores está inclinado tangencialmente num ângulo β relativamente ao circulo circunscrito. O ângulo β é preferivelmente menor ou igual a cerca de 60°, e mais preferivelmente de a partir de cerca de 10° até cerca de 40°.

[0008] Num aspecto, pelo menos um dos elementos queimadores fica inclinado tangencialmente num ângulo β relativamente ao circulo circunscrito. O ângulo β é preferivelmente menor ou igual a cerca de 60°, e mais preferivelmente de cerca de 10° até cerca de 40°.

[0009] Em outra modalidade de um queimador, os elementos queimadores e o bocal de escalonamento são posicionados de forma geralmente colinear com cada bocal de escalonamento situado aproximadamente equidistante entre dois elementos queimadores. Num aspecto, o queimador tem pelo menos três bocais de escalonamento, incluindo um bocal de escalonamento central, e pelo menos quatro elementos queimadores posicionados alternadamente com os bocais de escalonamento. Noutro aspecto, os elementos queimadores e os bocais de escalonamento num ou noutro lado do bocal de escalonamento central estão em posicionamento inclinados num ângulo y de afastamento do bocal de escalonamento central.

[00010] Noutra modalidade de um queimador, os bocais de distribuição e os bocais anelares dos elementos queimadores possuem uma seção transversal com um eixo menor e um eixo maior, pelo menos 1,5 vezes mais longo que o eixo menor. Pelo menos dois bocais de escalonamento são posicionados de forma geralmente colinear e substancialmente paralela aos eixos maiores, e ficam adjacentes a cada elemento queimador.

[00011] Numa outra modalidade de um queimador, o bocal de escalonamento tem uma seção transversal com um eixo menor e um eixo maior pelo menos 1,5 vezes mais longo que o eixo menor, e pelo menos dois elementos queimadores são posicionados de forma colinear, e ficam adjacentes ao bocal de escalonamento e substancialmente paralelos ao eixo maior. Num aspecto, os elementos queimadores são posicionados em ângulo relativamente ao exterior a partir do eixo menor do bocal de escalonamento num ângulo Φ menor do que cerca de 45°.

[00012] 0 controlador é programado para controlar o fluxo de combustível para um bocal de distribuição passiva para ser maior que zero e menor ou igual à metade da vazão de um bocal de distribuição ativa. Numa modalidade, o controlador é programado para controlar a relação de escalonamento para ser menor ou igual a cerca de 40%.

[00013] Noutra modalidade, o combustível que sai de um bocal de distribuição ativa tem uma velocidade do jato ativo e o oxidante que sai do bocal de escalonamento tem uma velocidade do jato de escalonamento, e o controlador é programável para controlar a relação da velocidade do jato de escalonamento relativamente à velocidade do jato ativo para ser de pelo menos cerca de 0,05 e menos de 1. Preferivelmente, a relação da velocidade do jato ativo é controlada para ser de a partir de cerca de 0,1 até cerca de 0,4.

[00014] Num aspecto, o primeiro oxidante que flui através dos bocais anelares tem uma concentração de oxigênio igual ou maior que cerca de outro aspecto, o segundo oxidante que flui através do bocal de escalonamento tem uma concentração de oxigênio igual ou maior que cerca de 20,9%.

[00015] Noutro aspecto, um bocal de distribuição ativa tem uma vazão do jato ativo e onde um bocal de distribuição passiva tem uma vazão do jato passivo, e o controlador é programado para controlar a relação da vazão do jato ativo relativamente à vazão do jato passivo de modo a ficar de a partir de cerca de 5 até cerca de 40. Preferivelmente, o controlador é programado para controlar a relação da vazão do jato ativo relativamente à vazão do jato passivo para ficar de a partir de cerca de 15 até cerca de 25.

[00016] Num outro aspecto, um elemento queimador possuindo um bocal de distribuição passiva tem uma relação de equivalência de a partir de cerca de 0,2 até cerca de 1. Em outro aspecto um elemento queimador possuindo um bocal de distribuição ativa tem uma relação de equivalência de a partir de cerca de 1 até cerca de 10. A relação de equivalência é a relação do fluxo estequiométrico teórico do oxidante através do bocal anelar relativamente ao fluxo vigente do oxidante através do bocal anelar para queimar o combustível que flui através do bocal de distribuição.

[00017] Numa outra modalidade, um sensor está configurado para fornecer um sinal ao controlador. O controlador é programado para controlar cada bocal de distribuição para ela ser ativa ou passiva com base no sinal. O sensor é selecionado a partir do grupo que consiste em sensores de temperatura, sensores de radiação, sensores ópticos, sensores de cor, câmeras, sensores de condutividade, sensores de proximidade, e combinações desses.

[00018] Numa modalidade, o primeiro oxidante e o segundo oxidante têm a mesma concentração de oxigênio. Numa outra modalidade, o primeiro oxidante e o segundo oxidante têm diferentes concentrações de oxigênio.

[00019] Numa modalidade, o bocal de escalonamento inclui uma ventoinha de turbilhonamento para transmitir turbulência ao segundo oxidante.

[00020] Um método de funcionamento de um queimador em um forno é descrito, o queimador tendo pelo menos um bocal de escalonamento e pelo menos dois elementos, compreendendo cada um, um bocal de distribuição rodeado por um bocal anelar. O método inclui o fluxo do oxidante numa vazão de escalonamento através do bocal de escalonamento, fluir o oxidante numa vazão do oxidante primário através de cada um dos bocais anelares, selecionar pelo menos um dos bocais de distribuição para ser ativo e pelo menos um dos bocais de distribuição para ser passivo, fluir combustível numa vazão de jato ativo através dos bocais de distribuição ativa, e fluir combustível numa vazão de jato passivo através dos bocais de distribuição passiva, em que a vazão do jato ativo é maior que uma vazão média de combustível através dos bocais de distribuição e a vazão de jato passivo é menor que a vazão média de combustível através dos bocais de distribuição.

[00021] O método pode ainda incluir a detecção de um parâmetro no forno, que novamente seleciona quais bocais de distribuição são ativos e quais bocais de distribuição são passivos com base no parâmetro detectado, e repetir periodicamente as etapas de detecção e de nova seleção.

[00022] Numa modalidade de um queimador de aquecimento transiente é descrita. 0 queimador inclui, pelo menos, dois elementos queimadores, tendo cada uma um bocal de distribuição de fluxo configurado para um primeiro fluido, um bocal anelar que envolve o bocal de distribuição e configurado para fluir um segundo fluido, e pelo menos um bocal de escalonamento configurado para fluir um terceiro fluido. O queimador inclui ainda um controlador programado para controlar independentemente o fluxo do primeiro fluido para cada bocal de distribuição de modo a que pelo menos um dos bocais de distribuição fica ativo e pelo menos um dos bocais de distribuição fica passivo, e para controlar a relação de escalonamento para ser menor ou igual a cerca de 75%. O fluxo num bocal de distribuição ativa é maior que um fluxo médio para os bicais de distribuição e o fluxo num bocal de distribuição passiva é menor do que o fluxo médio para os bocais de distribuição. A relação de escalonamento é a relação do fluxo do terceiro fluido relativamente à soma do fluxo do segundo fluido e do fluxo do terceiro fluido. Nesta modalidade, o primeiro fluido contém um de combustível e oxigênio, e o segundo fluido e o terceiro fluido contêm o outro de combustível e oxigênio, em que o combustível e o oxigênio são reagentes.

[00023] Outros aspectos da invenção são descritos adiante.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00024] A Figura 1 é uma vista em perspectiva a partir da extremidade de uma modalidade de um queimador de aquecimento transiente.

[00025] A Figura 2 é um esquema de controle para uma modalidade de um queimador de aquecimento transiente.

[00026] A Figura 3 é um esquema da sequência operacional de uma modalidade de um queimador de aquecimento transiente como na Figura 1.

[00027] A Figura 4 é uma vista esquemática que mostra orientações de bocais para duas modalidades de um queimador de aquecimento transiente.

[00028] As Figuras 5a-5e são vistas terminais de várias modalidades de um queimador de aquecimento transiente. A Figura 5a mostra um queimador possuindo um bocal de escalonamento central rodeado por quatro elementos queimadores inclinados tangencialmente ao longo de um circulo circunscrito; a Figura 5C mostra um queimador possuindo um arranjo colinear de alternantes elementos queimadores e bocais de escalonamento em que a totalidade menos o bocal de escalonamento central estão inclinados para fora; a Figura 5d mostra um queimador possuindo quatro elementos queimadores colineares adjacentes a, e substancialmente paralelos ao eixo maior de um bocal de escalonamento fendilhado; e a Figura 5e mostra um par de elementos queimadores de chama plana alinhados e um par de bocais de escalonamento colineares adjacentes a, e substancialmente paralelos ao eixo maior de cada elemento queimador.

[00029] A Figura 6 mostra várias geometrias possiveis de um bocal de distribuição dentro de cada elemento queimador.

[00030] A Figura 7 é uma vista em perspectiva de um forno mostrando duas orientações de montagem possiveis de um queimador de aquecimento transiente.

[00031] A Figura 8 é um gráfico que compara numa escala relativa os dados de produção de NOx de um queimador oxi- combustivel convencional, um queimador oxi-combustivel escalonado convencional, e um queimador de aquecimento transiente, em ambos os modos luminoso e não luminoso.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00032] A Figura 1 ilustra uma modalidade de um queimador de aquecimento transiente 10. O queimador 10 inclui um corpo 12 tendo uma face 14, em que quando o queimador 10 é montado num forno (por exemplo, como na Figura 7), a face 14 fica exposta para a zona de combustão no forno.

[00033] O queimador 10 inclui uma pluralidade de elementos queimadores 20 orientados de modo a definir um circulo circunscrito (ver Figura 4), com os elementos queimadores 20, preferentemente igualmente espaçados em torno do circulo circunscrito. Pelo menos um bocal de escalonamento 30 está posicionado no interior do circulo circunscrito. Para fins de referência, um jato ativo (A) e um jato passivo (P) estão representados, para mostrar que o jato ativo tem uma chama maior que a do jato passivo.

[00034] O queimador 10 representado na Figura 1 tem quatro elementos queimadores 20 mutuamente espaçados em intervalos de cerca de 90°. No entanto, entende-se que o queimador 10 pode incluir qualquer número n de elementos queimadores 20 igual ou maior que dois. Por exemplo, um queimador 10 pode ter dois elementos queimadores 20 espaçados de modo a ficarem diametralmente opostos, ou alternadamente três elementos queimadores 20 espaçados em intervalos de cerca de 120°, ou cinco ou mais elementos queimadores 20 mutuamente espaçados a intervalos aproximadamente regulares. Entende-se também que, para algumas geometrias de fornos, configurações, ou condições operacionais, pode ser desejável ter um queimador 10 com uma pluralidade de elementos queimadores 20 que estejam desigualmente espaçados em torno do circulo circunscrito. Em outra alternativa o queimador 10 pode ter uma pluralidade de elementos queimadores 20 que estão posicionados para definir uma forma geométrica diferente de um circulo; por exemplo, uma forma oval ou de um polígono irregular, dependendo da geometria e configuração do forno.

[00035] 0 queimador 10 da Figura 1 tem um bocal de escalonamento posicionado centralmente 30. No entanto, entende-se que uma pluralidade de bocais de escalonamento 30 pode ser provida, onde os bocais de escalonamento 30 podem ser todos do mesmo tamanho ou de tamanhos diferentes. Além disso, dependendo da geometria do forno, das desejadas características de chama, da orientação dos elementos queimadores individuais 20, e de outros fatores, o(s) bocal(s) de escalonamento 30 pode ser posicionado deslocado do centro dentro do círculo circunscrito definido pelos elementos queimadores 20. 0 bocal de escalonamento 30 pode ser de qualquer configuração.

[00036] Cada elemento queimador 20 inclui um bocal de distribuição 22 rodeada por um bocal anelar 24. Um reagente distribuído é feito fluir através do bocal de distribuição 22, enquanto um reagente escalonado é feito fluir através do bocal anelar 24, onde um reagente é um combustível e o outro reagente é um oxidante. Uma porção do reagente escalonado é também feito fluir através do bocal de escalonamento 30. Numa modalidade, o combustível é escoado através do bocal de distribuição 22 como o reagente distribuído, enquanto que o oxidante é feito fluir através do bocal anelar 24 como o reagente escalonado. Numa outra modalidade, o oxidante é o reagente distribuído que flui através do bocal de distribuição 22 e o combustível é o reagente escalonado que flui através do bocal anelar 24. A proporção do reagente escalonado introduzido através dos bocais anelares 24 em comparação com o bocal de escalonamento 30 pode ser ajustada a fim de manter a operação estável do queimador e/ou para controlar as propriedades da chama, tal como do perfil de liberação de calor.

[00037] Como aqui usado, o termo "combustível" denota qualquer substância contendo hidrocarboneto que possa ser usada como combustível numa reação de combustão. Preferivelmente, o combustível é um combustível gasoso, tal como o gás natural, mas o combustível pode também ser um combustível liquido atomizado ou um combustível sólido pulverizado, num gás de transporte. Tal como aqui utilizado, o termo "oxidante" significa qualquer substância que contém oxigênio, que possa oxidar o combustível numa reação de combustão. Um oxidante pode ser ar, ar viciado (ou seja, gás com teor de oxigênio menor do que cerca de 20,9%), ar enriquecido de oxigênio (ou seja, gás com teor de oxigênio maior do que cerca de 20,9%), ou oxigênio essencialmente puro (isto é, o gás com aproximadamente 100% de oxigênio) . Em modalidades preferidas, o oxidante é um ar enriquecido com oxigênio tendo uma concentração de oxigênio de pelo menos cerca de 26%, pelo menos cerca de 40%, pelo menos cerca de 70%, ou pelo menos cerca de 98%.

[00038] O bocal de distribuição 22 pode ser de qualquer configuração. Um subconjunto de possiveis configurações representativas é mostrado na Figura 6, incluindo um bocal fendilhado (Figura 6a), um bocal de fenda única (Figura 6b), um bocal circular (Figura 6c), e um bocal de vários orifícios (Figura 6d) . Uma discussão mais detalhada das possiveis configurações de bocal pode ser encontrada na Patente U.S. No. 6.866.503, aqui incorporada por referência na sua totalidade. Por exemplo, para criar uma chama luminosa com altas propriedades de transferência radiativa, um bocal de distribuição 22 tendo um fator de forma inferior a 10 pode ser utilizado, enquanto que para criar uma chama não luminosa que pode ter NOx menor, um bocal de distribuição que tem um fator de forma de 10 ou maior podem ser usados. O modo luminoso deve ser preferido para operações de fusão, enquanto que o modo não luminoso deve ser preferido para operações de reaquecimento. Note-se que um bocal de alto fator de forma pode incluir um bocal multiorificios. Como descrito em detalhes na Patente norte-americana U.S. No. 6.866.503, o fator de forma, o, é definido como o quadrado do perimetro, P, dividido por duas vezes a área da secção transversal, A, ou em termos de equação: o = P2/2A.

[00039] A Figura 2 mostra um esquema simplificado de controle para um queimador 10, como descrito acima. Um primeiro fluido F1 é fornecido aos bocais de distribuição 22, numa vazão total, controlada por uma válvula de controle 23. O fluxo do primeiro fluido F1 para cada bocal de distribuição 22 é controlado separadamente. Numa modalidade, uma válvula de controle 26 situada a montante de cada bocal de distribuição 22 é modulada entre uma posição alto fluxo e uma posição de baixo fluxo, correspondendo respectivamente a um estado ativo e um estado passivo quanto ao elemento queimador 20 contendo aquele bocal de distribuição 22. Numa alternativa modalidade, a válvula de controle 26 é posicionada em paralelo com uma passagem de desvio ('bypass') 27. Nesta modalidade, a válvula de controle 26 é modulada entre uma posição aberta e uma posição fechada, novamente correspondendo respectivamente aos estados ativo e passivo do elemento queimador 20, enquanto que a passagem de 'bypass' 27 permite que uma quantidade relativamente pequena do fluxo passe em desvio relativamente à válvula de controle 26, de modo a que parte do primeiro fluido F1 fique sempre fluindo para o bocal de distribuição 22, mesmo no estado passivo.

[00040] O efeito de qualquer arranjo é o de modular o fluxo através do bocal de distribuição 22 entre uma vazão ativa relativamente maior e uma vazão passiva relativamente menor. Por exemplo, uma vazão ativa pode ser definida como uma vazão maior que uma vazão média aos bocais de distribuição 22, enquanto que uma vazão passiva pode ser definida como uma vazão menor do que a vazão média para os bocais de distribuição 22. A vazão média é determinada mediante dividir a vazão total do primeiro fluxo F1 pela quantidade total n de bocais de distribuição 22/elementos queimadores 20. Outras relações entre a vazão ativa e a vazão passiva podem ser usadas, com a vazão ativa sendo sempre maior que a vazão passiva.

[00041] Independentemente de como as vazões ativa e passiva são determinadas, a vazão passiva deve ser maior que fluxo zero. A vazão passiva é suficiente para manter a combustão em cada elemento queimador 20, de modo a proporcionar um mecanismo para a ignição imediata quando um elemento queimador 20 é comutado do estado passivo para o estado ativo. A vazão passiva não nula também protege o bocal de distribuição 22 contra a entrada de matérias estranhas. Numa modalidade, a vazão passiva é menor ou igual à metade da vazão ativa. Numa outra modalidade, a relação entre a vazão ativa para a vazão passiva é de pelo menos cerca de 5 e não superior a cerca de 40. Em ainda outra modalidade, a relação entre a vazão ativa para a vazão passiva é de pelo menos cerca de 15 e não maior do que cerca de 25.

[00042] Um segundo fluido F2 é fornecido aos bocais anelares 24. Uma válvula de controle 28 controla a vazão total do segundo fluido F2 para os bocais anelares 24, e um coletor 29 distribui o fluxo aproximadamente igual entre os n bocais anelares 24. Um terceiro fluido F3 é fornecido para o bocal de escalonamento 30, e a vazão do terceiro fluido F3 é controlada por uma válvula de controle 32. O bocal de escalonamento 30 pode incluir uma ventoinha de turbilhonamento ou outro mecanismo (não mostrado) para transmitir turbulência ao terceiro fluido F3 que sai do bocal de escalonamento 30. O turbilhonamento conferido ao terceiro fluido F3 irá resultar na ruptura do referido jato de fluido, o que pode auxiliar no arraste do terceiro jato de fluido F3 pelo(s) jato(s) ativo(s). Todavia, intenso turbilhonamento não é desejável uma vez que ele poderia dominar a estrutura de fluxo e alterar as formas da chama.

[00043] O segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 contêm o mesmo tipo de reagente, tanto combustível ou oxidante. Por exemplo, quando o primeiro fluido F1 é combustível, o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são oxidantes, e quando o primeiro fluido F1 é oxidante, o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são combustíveis. Numa modalidade, o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são fluidos diferentes, isto é, cada um tem o mesmo reagente (combustível ou oxidante), mas em diferentes concentrações. Neste caso, a válvula de controle 28 e válvula 32 de controle devem ser válvulas separadas para controlar os dois fluidos, F2 e F3. Numa modalidade alternativa (não mostrada), quando o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são do mesmo tipo de fluido possuindo a mesma concentração do mesmo reagente, uma válvula de escalonamento pode ser usada em lugar da válvula de controle 28 e da válvula de controle 32 para distribuir uma parte do fluxo em partes aproximadamente iguais para os n bocais anelares 24 e o restante do fluxo para o bocal de escalonamento 30.

[00044] Na modalidade representada, a vazão do segundo fluido F2 para cada um dos bocais anelares 24 não é independentemente controlada. Como um resultado, cada bocal anelar 24 sempre flui próximo de uma vazão média do segundo fluido F2 quando a válvula de controle 28 controle 28 é aberta. A vazão média é determinada mediante dividir a vazão total do segundo fluido F2 pelo número total n de bocais anelares 24/elementos queimadores 20. Alternativamente, a vazão do segundo fluido F2 para cada bocal anelar 24 pode ser controlada independentemente.

[00045] Na modalidade descrita, devido à vazão do segundo fluido F2 para cada bocal anelar 24 ser aproximadamente a mesma, cada elemento queimador 20 opera em ambos os lados da estequiometria dependendo se o elemento queimador 20 está ativo ou passivo, no momento. Quando um elemento queimador 20 está no estado ativo, esse elemento queimador 20 opera fora da estequiometria, e algumas vezes bem fora da estequiometria, numa direção e quando o elemento queimador 20 está no estado passivo, o elemento queimador 20 opera fora da estequiometria, e algumas vezes bem fora da estequiometria, na direção oposta. Por exemplo, quando o primeiro fluido F1 é combustível e o segundo fluido F2 é oxidante, um elemento queimador 20, no estado ativo irá operar rico em combustível e um elemento queimador 20 no estado passivo irá operar pobre em combustivel. Alternativamente, quando o primeiro fluido F1 é oxidante e o segundo fluido F2 é combustivel, um elemento queimador 20, no estado ativo irá operar pobre em combustivel e um elemento queimador 20 no estado passivo irá operar rico em combustivel. Todavia, devido ao fluxo total de combustivel e de oxidante ser controlado por válvulas de controle 23 e 28 (e também por uma válvula de controle de teste 32), a estequiometria geral do queimador 10 continua a ser a mesma independentemente de qual e quantos, elementos queimadores 20 são no estado ativo em relação ao estado passivo.

[00046] A estequiometria em que cada elemento queimador 20 opera pode ser caracterizada por uma relação de equivalência. Para uma dada vazão de combustivel, a relação de equivalência é determinada como a relação entre a vazão estequiométrica teórica do fluxo de oxigênio para o fluxo real de oxigênio. Para um oxidante que é 100% oxigênio, o fluxo de oxigênio é igual ao fluxo de oxidante. Para um oxidante que uma porcentagem de oxigênio X menor que 100%, o fluxo de oxigênio numa corrente de oxidante é determinado dividindo-se a vazão de oxidante pela porcentagem X de oxigênio; por exemplo, para satisfazer uma exigência de oxigênio de 100 SCFH utilizando um oxidante contendo 40% de oxigênio, é necessário 250 SCFH do oxidante.

[00047] A discussão seguinte refere-se à modalidade em que o primeiro fluido F1 é um combustivel e o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são ambos oxidantes. Quando um elemento queimador 20 está no estado passivo, a relação de equivalência é inferior a cerca de 1, sendo preferivelmente de pelo menos em torno de 0,2. Isso significa que um elemento queimador passivo 20 está operando pobre em combustível, com até cinco vezes o teor de oxigênio necessário para a combustão completa. Em contraste, quando um elemento queimador 20 está no estado ativo, a relação de equivalência é maior do que cerca de 1, sendo preferencialmente de não mais do que cerca de 10. Isto significa que um elemento ativo 20 do queimador está operando rico em combustível, com tão pouco quanto 10% do oxigênio necessário para a combustão completa.

[00048] Uma relação de escalonamento é definida como a relação da quantidade de reagente que flui através do bocal de escalonamento 30 relativamente à quantidade total de reagente que flui através dos bocais anelares 24 e do bocal de escalonamento 30. Por exemplo, quando o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são oxidantes, a relação de escalonamento é a quantidade de oxigênio fornecida pelo bocal de escalonamento 30, dividida pela quantidade total de oxigênio fornecida pelo bocal de escalonamento 30 e pelos bocais anelares 24 combinados. Se o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são fluidos idênticos (isto é, com a mesma concentração de oxigênio), então a relação de escalonamento é simplesmente a vazão do terceiro fluido F3 dividida pela soma da vazão do segundo fluido F2 e da vazão do terceiro fluido F3. Mas se o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são fluidos diferentes (isto é, com diferentes concentrações de oxigênio X2 e X3, respectivamente), então a relação de escalonamento é calculada para ter em conta as diferenças de concentração, como X3F3/ (X2F2+X3F3) , como pode ser entendido por aquele usualmente versado na técnica.

[00049] O queimador 10 é preferentemente operado com uma relação de escalonamento igual ou menor do que cerca de 75%. Por exemplo, quando o oxidante é escalonado, ou seja, quando o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são oxidantes, pelo menos cerca de 25% do oxigênio para o queimador 10 é feito fluir através dos bocais anelares 24 e não mais do que cerca de 75% do oxigênio é feito fluir através do bocal de escalonamento 30. Mais preferivelmente, o queimador 10 é operado com uma relação de escalonamento igual ou inferior a cerca de 40%. Além disso, como discutido acima, devido à operação ativa ou passiva de cada um dos elementos queimadores 20, o um ou mais elementos queimadores 20 ativos num momento operam com um excesso do primeiro fluido F1 comparado com a estequiometria, e o um ou mais elementos queimadores 20 que são passivos no mesmo momento operam com um excesso do segundo fluido F2 comparado com a estequiometria, proporcionando assim alguma quantidade de escalonamento mesmo sem levar em conta o terceiro fluido F3 fornecido pelo bocal de escalonamento 30.

[00050] O primeiro fluido F1 que sai de um bocal de distribuição ativa 22 tem uma velocidade do jato ativo determinada pela vazão do primeiro fluido F1 e a área da secção transversal do bocal de distribuição 22. 0 segundo fluido F2 que sai de um bocal anelar 24 tem uma velocidade do jato anelar determinada pela vazão do segundo fluido F2 e a área da secção transversal do bocal anelar 24. Da mesma forma, o terceiro fluido F3 que sai do bocal de escalonamento 30 tem uma velocidade do jato de escalonamento determinado pela vazão do terceiro fluido F3 e a área da secção transversal do bocal de escalonamento 30. A velocidade do jato ativo é preferentemente maior do que a velocidade do jato anelar. Além disso, para um desempenho ideal do queimador 10, a velocidade do jato de escalonamento deve ser menor ou igual à velocidade do jato ativo, e maior do que ou igual a cerca de 0,05 vezes a velocidade do jato ativo. Numa modalidade, a relação entre a velocidade do jato de escalonamento para a velocidade do jato ativo é menor ou igual a cerca de 0,4. Numa outra modalidade, a relação entre a velocidade do jato de escalonamento para a velocidade do jato ativo é maior do que ou igual a cerca de 0,1.

[00051] Numa modalidade exemplar testada em um arranjo de queima vertical (teto montado), a velocidade de jato do primeiro fluido F1 através de um bocal de distribuição ativa 22 foi de pelo menos cerca de 250 pés/s e foi preferivelmente de pelo menos cerca de 300 pés/s, e a velocidade através um bocal de distribuição passiva 22 foi de cerca de 20% da velocidade do jato ativo. Para um arranjo de queima horizontal, a velocidade do jato ativo pode ser consideravelmente mais baixa uma vez que há menos necessidade de combater os efeitos da flutuabilidade para evitar o aquecimento excessivo do bloco do queimador.

[00052] A totalidade das válvulas de controle 23, 26, 28, e 32 está conectada e controlada presente um controlador 100 que está especificamente programado ou configurado para operar o queimador 10. O controlador 100 pode incluir componentes eletrônicos convencionais, tais como uma CPU, RAM, ROM, dispositivos I/O, e a programação ou a configuração do controlador 100 pode ser conseguida por uma combinação de um ou mais de hardware, firmware, software, e qualquer outro mecanismo agora conhecidos ou a serem desenvolvidos mais tarde para a programação de instruções para um controlador.

[00053] Como descrito acima, pelo menos um dos fluidos Fl, F2, F3 e deve ser ou conter um combustivel, e pelo menos um dos fluidos Fl, F2, F3 e deve ser ou conter um oxidante ou conter oxigênio. O combustível pode ser um combustível gasoso, um combustível liquido, ou um combustível sólido pulverizado num veiculo gasoso. Numa modalidade, F1 é um combustível e F2 e F3 são oxidantes. Neste caso, F2 e F3 podem ser o mesmo oxidante, ou F2 e F3 podem ser oxidantes diferentes. Por exemplo, numa modalidade preferida, F1 é um combustível gasoso tal como o gás natural, F2 é um oxidante tendo uma concentração de oxigênio igual ou superior a cerca de 70%, e F3 é um oxidante tendo uma concentração de oxigênio igual ou maior que cerca de 20,9%. Numa outra modalidade semelhante, F1 é um combustível gasoso tal como o gás natural, F2 é um oxidante tendo uma concentração de oxigênio maior do que a do ar, e F3 é ar.

[00054] Numa modalidade alternativa, F1 é um oxidante e F2 e F3 são combustíveis. Neste caso F1 tem uma concentração de oxigênio igual ou superior a cerca de 26%, de preferência igual a ou maior do que cerca de 40%, e mais preferencialmente igual a ou maior do que cerca de 70%.

[00055] A Figura 3 mostra uma possivel sequência operacional para a modalidade do queimador 10 representado na Figura 1. Para fins de discussão, os quatro elementos queimadores 20 são marcados como a, b, c, e d. Como mostrado, apenas um elemento queimador 20 fica ativo por vez, enquanto que os elementos queimadores 20 restantes ficam passivos, e cada elemento queimador 20 é sucessivamente comutado para o estado ativo quando o elemento queimador inicialmente ativo 20 é retornado para o estado passivo.

[00056] Em particular, na modalidade representada, elemento queimador 20a é ativo, enquanto que os elementos queimadores 20b, 20c e 20d são passivos. Em outras palavras, cada um dos bocais anelares 24 de cada elemento queimador 20 está recebendo um fluxo aproximadamente igual do segundo fluido F2, e apenas o bocal de distribuição 22 no elemento queimador 20a está a receber um fluxo ativo maior do primeiro fluido Fl, enquanto que os bocais de distribuição 22 nos outros elementos queimadores 20b, 20c e 20d estão recebendo um menor fluxo passivo do primeiro fluido Fl. Isso resulta numa chama penetrante, relativamente longa, que emana do elemento queimador ativo 20a e chamas relativamente curtas (piloto) que emanam dos elementos queimadores passivos 20b, 20c e 20d. Como ainda mostrado na modalidade representada, quando o elemento queimador 20b se torna ativo, o elemento queimador 20a volta ao estado passivo e os elementos queimadores 20c e 20d permanecem passivos. Em seguida, quando o elemento queimador 20c se torna ativo, elemento queimador 20b retorna ao estado passivo e os elementos queimadores 20c e 20a permanecem no estado passivo. Finalmente, quando o elemento queimador 20d se torna ativo, o elemento queimador 20d retorna ao estado passivo e os elementos queimadores 20a e 20b permanecem no estado passivo.

[00057] A sequência ilustrada na Figura 3 e descrita acima é apenas uma das variações essencialmente ilimitadas. Em um exemplo não limitante, um elemento queimador 20 é ativo num momento numa sequência de repetição, tal como a-b-c-d ou a-b- d-c ou a-c-b-d ou a-c-d-b. Noutro exemplo não limitante, um elemento queimador 20 é ativo num momento numa sequência aleatória. Em ainda noutro exemplo não limitante, um elemento queimador 20 é ativo num momento, mas cada um para qualquer de periodos de tempo iguais ou diferentes.

[00058] Além disso, em outros exemplos, mais de um elemento queimador 20 é ativo por vez. Por exemplo, para um queimador 10 possuindo três ou mais elementos queimadores 20, dois elementos queimadores 20 podem ser ativos e o restante passivo. No geral, para um queimador 10 possuindo n elementos queimadores, qualquer quantidade de elementos queimadores de 1 a n-1 pode ser ativo, e o restante passivo.

[00059] Cada elemento queimador 20 pode ser comutado desde o estado passivo ao estado ativo com base numa sequência pré- programada de tempo, de acordo com um algoritmo pré- determinado, de acordo com uma sequência aleatória, ou dependendo das condições do forno. Um ou mais sensores 110 podem ser posicionados no forno para detectar qualquer parâmetro que possa ser relevante para determinar os locais onde é necessário mais ou menos calor de combustão. Por exemplo, o sensor pode ser um sensor de temperatura, de tal modo que quando a temperatura do sensor estiver abaixo de limiar de ajuste, o elemento queimador 20 orientado para aquecer o forno na região daquelas temperaturas do sensor pode ser tornado ativo mais frequentemente ou por periodos mais prolongados de tempo. Ou se um sensor de temperatura detecta que uma porção do forno ou da carga está a receber calor insuficiente, um ou mais elementos queimadores 20 posicionados perto da referida porção do forno ou inclinado no sentido daquela porção da carga pode ser comutada para o estado ativo, enquanto que os elementos queimadores 20 nas porções do forno que recebem excessivo calor podem ser comutados para o estado passivo.

[00060] Os sensores de temperatura podem incluir sensores de contato, como termopares ou RTDs localizados nas paredes do forno, ou sensores sem contato, tais como sensores de infravermelho, sensores de radiação, sensores óticos, câmeras, sensores de cor, ou outros sensores disponíveis para tais usos na indústria. Outros tipos de sensores também podem ser utilizados para indicar o nivel de derretimento ou de aquecimento no forno, incluindo, mas não se limitando a, sensores de proximidade (por exemplo, para detectar a proximidade de carga sólida, que ainda resta a derreter) ou sensores de condutividade (por exemplo, para detectar a maior condutividade do liquido em comparação com os torrões sólidos de sólidos fracamente interconectados).

[00061] Diversos benefícios podem ser alcançados pela operação do queimador 10 como aqui descrito. Devido ao calor poder ser preferencialmente direcionado para determinados locais e por periodos mais longos ou mais curtos de tempo, os pontos frios do forno podem ser identificados e eliminados, resultando num aquecimento e derretimento mais uniformes. Particularmente para os arranjos de queima vertical (ou seja, queimadores montados no teto apontando para baixo), como na Figura 7, o funcionamento do queimador com menos que a totalidade dos elementos queimadores 20 em modo ativo reduz ou elimina os riscos da flutuabilidade da chama, evitando assim o aquecimento excessivo do bloco do queimador e do teto do forno. A combustão rica em combustível que resulta de um elemento queimador ativo 20, em que o oxigênio fornecido através do bocal anelar 24 é significativamente menor do que o oxigênio estequiométrico requerido pelo combustível fornecido através do bocal de distribuição 22 cria uma atmosfera não oxidante perto do banho de fusão para ajudar a proteger a carga contra a oxidação indesejável. Além disso, a ativação dos elementos de queimadores 20 num padrão ciclico repetido b pode ser usada para gerar um padrão de aquecimento de turbilhonamento que aumenta o tempo de residência dos gases da combustão, aumenta as taxas de transferência térmica e melhora a uniformidade do aquecimento, como mostrado, por exemplo, na Patente norte-americana U.S. No. 2013/00954437. Além disso, a ativação seletiva dos elementos queimadores 20 e a variação da relação de escalonamento podem ser usadas para ajustar a localização do fluxo máximo de calor que emana das reações de combustão e para ajustar a cobertura de chama para acomodar as várias geometrias de forno, condições e niveis de cargas.

[00062] Várias configurações possiveis do queimador incluem as mostradas na Figura 5. Numa modalidade do tipo representado na Figura 5a, um ou mais dos elementos queimadores 20 pode ser inclinado radialmente para fora a um ângulo α a partir do circulo circunscrito pelos elementos queimadores 20, ou a partir de um eixo definido pelo bocal de escalonamento 30. Embora a modalidade ilustrada mostre todos os quatro elementos queimadores 20 inclinados radialmente para fora no mesmo ângulo a, entende-se que cada elemento queimador 20 pode ser inclinado num ângulo an diferente dependendo da geometria do forno e das desejadas características operacionais do queimador 10. O ângulo α pode ser igual ou maior do que cerca de 0o sendo de preferência igual ou inferior a cerca de 60°. Mais preferivelmente, o ângulo α é de pelo menos cerca de 10° e não mais do que cerca de 40°.

[00063] Numa modalidade do tipo representado na Figura 5b, um ou mais elementos queimadores 20 pode ser inclinado tangencialmente ao circulo circunscrito num ângulo β para criar turbilhonamento. Embora a modalidade ilustrada mostre todos os quatro elementos queimadores 20 inclinados tangencialmente com o mesmo ângulo β, entende-se que cada elemento queimador 20 pode ser inclinado num ângulo diferente βn dependendo da geometria do forno e das desejadas características de funcionamento do queimador 10. O ângulo β pode ser igual ou superior a cerca de 0o sendo de preferência igual ou inferior a cerca de 60°. Mais de preferência, o ângulo β é de pelo menos cerca de 10° C e não superior a cerca de 40°.

[00064] Numa modalidade do tipo representado na Figura 5c, uma pluralidade de elementos queimadores 20 se posiciona de forma geralmente mutuamente colinear para definir uma linha tendo um ponto médio e terminais. Embora quatro elementos queimadores 20 sejam mostrados, essa modalidade é aplicável a uma configuração com pelo menos dois elementos queimadores 20 e até a quantidade de elementos queimadores 20 que possa ser requerida num forno em particular. Um bocal de escalonamento 30 está posicionado entre cada dois elementos queimadores 20 adjacentes, tal que os elementos queimadores 20 e os bocais de escalonamento se alternam. Por exemplo, um arranjo com dois elementos queimadores 20 tem um bocal de escalonamento 30 posicionado entre dois elementos queimadores 20, e um arranjo com três elementos queimadores 20 tem dois bocais de escalonamento 30 cada um deles posicionado entre um par de elementos queimadores 20 adjacentes. Os elementos queimadores 20 podem todos estar orientados perpendicular relativamente à face de queimador 14, ou parte ou a totalidade dos elementos queimadores 20 pode estar em inclinação para fora num ângulo y menor ou igual a cerca de 45° desde a linha intermediária no sentido a uma das extremidades da linha. Do mesmo modo, os bocais de escalonamento 30 podem ser orientados perpendicularmente à face de queimador 14, ou parte ou a totalidade dos bocais de escalonamento 30 pode estar em inclinação numa direção ou a outra ao longo da linha. Na modalidade representada, um bocal de escalonamento central 30 é orientado perpendicularmente à face de queimador 14, e uma série de três elementos colineares - um elemento queimador 20, um bocal de escalonamento 30, e outro elemento queimador 20 - estão posicionados diametralmente para ambos os lados e inclinados em afastamento a partir do bocal de escalonamento central 30 e no sentido às suas respectivas extremidades da linha.

[00065] Numa modalidade do tipo apresentado na Figura 5d, uma pluralidade de elementos queimadores 20 se posiciona de forma mutuamente colinear de modo a definir uma linha possuindo um ponto intermediário e extremidades. Embora quatro elementos queimadores 20 sejam mostrados, essa configuração é uma aplicação para uma configuração com pelo menos dois elementos queimadores 20 e até a quantidade de elementos queimadores 20 que possa ser necessária para um forno em particular. Um bocal de escalonamento 30 alongado ou de forma geral retangular que tem um eixo maior de pelo menos 1,5 vezes mais longo que um eixo menor está posicionado em adjacente e afastado por uma distância fixa dos elementos queimadores 20, com o eixo maior substancialmente paralelo à linha definida pelos os elementos queimadores 20. Os elementos queimadores 20 podem ser todos orientados na perpendicular relativamente à face de queimador 14, ou alguns ou todos os elementos queimadores 20 podem ser inclinados para fora num ângulo y menor ou igual a cerca de 45° a partir do ponto médio da linha no sentido de uma das extremidades da linha.

[00066] Numa modalidade do tipo representado na Figura 5e, cada elemento queimador 20 tem uma configuração de chama plana, em que tanto o bocal de distribuição 22 e o bocal anelar 24 possuem uma configuração alongada ou de forma geralmente retangular possuindo um eixo maior de pelo menos 1,5 vezes mais longo gue um eixo menor. Este tipo de gueimador de chama plana é descrito em pormenor, por exemplo, na Patente U.S. No. 5.611.682. Pelo menos dois bocais de escalonamento 30 estão posicionados adjacentes e afastados do elemento queimador 20, e são orientados de forma geralmente colinear de modo a definir uma linha que é substancialmente paralela ao eixo maior do elemento queimador 20. Pelo menos dois elementos queimadores 20 são utilizados nesta configuração.

[00067] Em qualquer das configurações acima descritas na Figura 5, um esquema de funcionamento transiente pode ser implementado semelhante ao descrito acima para a configuração da Figura 1. Especificamente, em qualquer dado momento, pelo menos um elemento queimador 20 está em operação num estado ativo, onde o fluido que flui através de um bocal de distribuição ativa 22 é maior que a média de fluido que flui através da totalidade dos bocais de distribuição 22, enquanto que pelo menos um queimador 20 está em operação no estágio passivo, onde o fluido que flui através de um bocal de distribuição passiva 22 é menor do que a média de fluido que flui através da totalidade dos bocais de distribuição 22.

[00068] Como mostrado na Figura 7, um ou mais queimadores 10 pode ser montado no teto de um forno 200 (instalação vertical) ou numa parede lateral de um forno 200 (instalação horizontal). Numa instalação vertical, os elementos queimadores 20 são de preferência dispostos numa configuração, como na Figura 5a ou Figura 5b, para fornecer fluxo térmico ideal para a carga prevenindo ao mesmo tempo o aquecimento excessivo do bloco queimador. Por exemplo, como discutido acima, os elementos queimadores 20 podem ser orientados para formar ângulo radialmente para fora a partir do circulo circunscrito que engloba o bocal de escalonamento 30 (Figura 5a) . Alternativamente, os elementos queimadores 20 podem ser orientados numa configuração de turbilhonamento (inclinado tangencialmente ao circulo circunscrito) (Figura 5b). Numa configuração horizontal, os elementos queimadores 20 podem ser ordenados em qualquer arranjo, e em particular podem ser dispostos como em qualquer das Figuras 5c-5e, dependendo da geometria do forno.

[00069] Comio mostrado nos dado da Figura 8, o queimador 10 exibe reduzidas emissões de NOx em comparação com os queimadores oxi-combustivel convencionais. É de notar que a escala da Figura 8 é relativa, normalizada para o pico de NOx de um queimador oxi-combustivel convencional. Quando o queimador 10 é operado de forma transiente como aqui descrito num modo luminoso (isto é, com um bocal de distribuição 22 de baixo fator de configuração) , o pico de emissões de NOx é de apenas cerca de 40% daquelas emitidas por um queimador oxi- combustivel convencional. Quando o queimador 10 é operado de forma transiente como aqui descrito num modo não luminoso (ou seja, com um bocal de distribuição 22 de alto fator de configuração), os picos de emissões de NOx são ainda mais baixos, apenas de cerca de 35% daquelas emitidas por um queimador oxi-combustivel convencional. Em ambos os casos, o queimador 10 foi operado com combustivel como o fluido distribuído e o oxidante como o fluido escalonado. Sem estar limitado pela teoria, este resultado surpreendente é considerado ser um resultado da natureza altamente escalonada da combustão produzida pelo queimador 10, o que resulta numa primeira zona de chama rica em combustível que produz baixo teor de NOx devido à disponibilidade limitada de oxigênio, e uma segunda zona de chama pobre em combustível que produz baixo teor de NOx, devido às suas baixas temperaturas de combustão.

[00070] A presente invenção não fica limitada em seu escopo pelos aspectos específicos ou pelas modalidades reveladas nos exemplos, que são pretendidos apenas como ilustrações de alguns aspectos da invenção e quaisquer modalidades que sejam funcionalmente equivalentes se inserem no escopo dessa invenção. Várias modificações da invenção em adição àquelas aqui apresentadas e descritas se tornarão evidentes para aqueles usualmente versados na técnica e se destinam a estarem inclusas no contexto das reivindicações anexas.

Claims

1. QUEIMADOR DE AQUECIMENTO TRANSIENTE, caracterizado por compreender: pelo menos dois elementos queimadores (20) (20) cada um deles compreendendo: um bocal de distribuição (22) configurado para fluir um combustível; e um bocal anelar (24) envolvendo o bocal de distribuição (22) e configurado para fluir um primeiro oxidante; um coletor (29) configurado para distribuir o fluxo do primeiro oxidante de forma igualitária entre os n bocais anelares (24) (24) de pelo menos dois elementos queimadores (20) (20); pelo menos um bocal de escalonamento (30) configurado para fluir um segundo oxidante; e um controlador (100) programado para: independentemente controlar o combustível que flui para cada bocal de distribuição (22) tal que pelo menos um dos bocais de distribuição (22) é ativo e pelo menos um dos bocais de distribuição (22) é passivo, em que o fluxo de combustível no bocal de distribuição (22) ativa é maior que um fluxo médio de combustível para os bocais de distribuição (22) e o fluxo de combustível num bocal de distribuição (22) passiva é menor que o fluxo médio de combustível para os bocais de distribuição (22); e controlar uma relação de escalonamento para ser menor ou igual a cerca de 75%, em que a relação de escalonamento é a relação do oxigênio contido no segundo fluxo de oxidante para a soma do oxigênio contido no primeiro e no segundo fluxos de oxidante, em que um bocal de distribuição (22) ativa têm uma vazão de jato ativo e onde um bocal de distribuição (22) passiva ter uma vazão de jato de passiva; e em que o controlador (100) é programado para controlar a relação entre a taxa de vazão de jato de ativo para a taxa de vazão de jato passivo para ser de 5 a 40.

2. Queimador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: os elementos queimadores (20) ficarem espaçados de forma substancialmente uniforme num círculo circunscrito; e o bocal de escalonamento (30) ser posicionado dentro do círculo circunscrito.

3. Queimador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por pelo menos um dos elementos queimadores (20) ser inclinado radialmente para fora num ângulo α a partir do círculo circunscrito, onde o ângulo α é menor ou igual a cerca de 60° ou em que pelo menos um dos elementos queimadores (20) ser tangencialmente inclinado por um ângulo β relativamente ao círculo circunscrito, onde o ângulo β é menor ou igual a cerca de 60°.

4. Queimador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por os elementos queimadores (20) e o bocal de escalonamento (30) serem posicionados de forma colinear com cada bocal de escalonamento (30) alocado equidistante entre dois elementos queimadores (20).

5. Queimador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por: os bocais de distribuição (22) e os bocais anelares (24) possuírem cada um, uma seção transversal com um eixo menor e um eixo maior que é pelo menos 1,5 vezes mais longo que o eixo menor; e pelo menos dois bocais de escalonamento (30) estarem posicionados de forma colinear, e estarem adjacentes a cada elemento queimador (20) e substancialmente paralelo aos eixos maiores.

6. Queimador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por: o bocal de escalonamento (30) ter uma secção transversal com um eixo menor e um eixo maior que é pelo menos 1,5 vezes mais longo que o eixo menor; e pelo menos dois elementos queimadores (20) serem posicionados de forma colinear, e ficarem adjacentes ao bocal de escalonamento (30) e substancialmente paralelos ao eixo maior.

7. Queimador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o controlador (100) ser programado para controlar o fluxo de combustível para um bocal de distribuição (22) passiva para ser maior que zero e menor ou igual à metade da vazão de um bocal de distribuição (22) ativa e/ou o controlador (100) ser programado para controlar a relação de escalonamento para ser menor ou igual a cerca de 40%.

8. Queimador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por o combustível que sai de um bocal de distribuição (22) ativa ter uma velocidade do jato ativo e o oxidante que sai do bocal de escalonamento (30) ter uma velocidade do jato de escalonamento; e o controlador (100) ser programado para controlar a relação entre a velocidade do jato de escalonamento para a velocidade do jato ativo para ser de pelo menos cerca de 0,05 e menos do que 1.

9. Queimador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por o controlador (100) ser programado para controlar o fluxo do primeiro oxidante através dos canais anelares (24) de modo que possua uma concentração de oxigênio igual ou superior a cerca de 70% e/ou em que o controlador (100) é programado para controlar o fluxo do segundo primeiro oxidante através do bocal de escalonamento (30) de modo que possua uma concentração de oxigênio igual ou superior a cerca de 20,9%.

10. Queimador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por um elemento queimador com um bocal de distribuição (22) passiva ter uma relação de equivalência de cerca de 0,2 a cerca 1, em que a relação de equivalência é a relação da estequiometria teórica do fluxo de oxidante através do bocal anelar (24) para o fluxo real de oxidante através do bocal anelar (24) para fazer a combustão do combustível que flui através do bocal de distribuição (22), e onde um elemento queimador possuindo um bocal de distribuição (22) ativa tem uma relação de equivalência de a partir de cerca de 1 até cerca de 10, em que a proporção de equivalência é a relação estequiométrica teórica do fluxo de oxidante através do bocal anular para o fluxo real de oxidante através do bocal anelar (24) para fazer a combustão do combustível que flui através do bocal de distribuição (22).

11. Queimador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por adicionalmente compreender um sensor (110) configurado para proporcionar um sinal para o controlador (100); onde o controlador (100) está programado para controlar cada bocal de distribuição (22) para ser ativo ou passivo com base no sinal; onde o sensor (110) é selecionado a partir do grupo que consiste de sensores de temperatura, sensores de radiação, sensores ópticos, sensores de cor, câmaras, sensores de condutividade, sensores de proximidade, e combinações desses.

12. MÉTODO DE OPERAR UM QUEIMADOR NUM FORNO, o queimador possuindo pelo menos um bocal de escalonamento (30) e pelo menos dois elementos queimadores (20), cada um compreendendo um bocal de distribuição (22) envolvido por um bocal anelar (24), o método caracterizado por compreender: fluir oxidante numa vazão de fluxo de escalonamento através do bocal de escalonamento (30); fluir o oxidante numa vazão do primeiro oxidante através de cada um dos bocais anelares (24); selecionar pelo menos um dos bocais de distribuição (22) para ser ativo e pelo menos um dos bocais de distribuição (22) para ser passivo; fluir combustível numa vazão de jato ativo através dos bocais de distribuição (22) ativa; e fluir combustível numa vazão de jato passivo através dos bocais de distribuição (22) passiva; onde a vazão do jato ativo é maior que a vazão média de combustível através dos bocais de distribuição (22) e a vazão do jato passivo é menor que a vazão média de combustível através dos bocais de distribuição (22), em que a relação da taxa de vazão de jato de ativo para a taxa vazão de jato passivo para ser de pelo menos 5 a não superior a 40.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por adicionalmente compreender: detectar um parâmetro no forno; resselecionar quais bocais de distribuição (22) ficam ativos e quais bocais de distribuição (22) ficam passivos com base no parâmetro detectado; e repetir periodicamente as etapas de detecção e de resselecionamento.