BR102016011523B1

BR102016011523B1 - Sistema de queimador auxiliar de oxi-combustível seletivo e método para um forno regenerativo

Info

Publication number: BR102016011523B1
Application number: BR102016011523-0A
Authority: BR
Inventors: Shailesh Pradeep Gangoli; Russell James Hewertson; Anup Vasant Sane; John C. Alazzolo; Xiaoyi He
Original assignee: Air Products And Chemicals, Inc
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2022-03-29
Also published as: TW201641892A; KR20160138914A; CL2016001253A1; KR101837832B1; CA2930904C; CA2930904A1; CN106197010A; ES2725024T3; MX2016006773A; EP3106746B1; EP3106746A1; US9657945B2; CN106197010B; PL3106746T3; TWI588416B; US20160348904A1; BR102016011523A2

Abstract

SISTEMA DE QUEIMADOR AUXILIAR DE OXI-COMBUSTÍVEL SELETIVO E MÉTODO PARA UM FORNO REGENERATIVO. Trata-se de um queimador auxiliar de oxi-combustível para um forno regenerativo que tem um par de portas regeneradoras configuradas para, alternadamente, inflamar e exaurir o forno, que inclui pelo menos um elemento queimador que corresponde a cada uma das portas regeneradoras por estar posicionado para inflamar em uma região complementar do forno, sendo que cada elemento queimador inclui um bocal de distribuição seletiva configurado para fluir um primeiro reagente e um bocal de distribuição proporcional configurado para fluir um segundo reagente, e um controlador programado para identificar qual porta regeneradora está atualmente em inflamação e qual está atualmente em exaustão e para controlar independentemente o primeiro fluxo de reagente para cada bocal de distribuição seletiva de modo que o pelo menos um elemento queimador que corresponde à porta regeneradora atualmente em inflamação tenha um primeiro fluxo de reagente maior do que a média e o pelo menos um elemento queimador que corresponde à porta regeneradora atualmente em exaustão tenha um primeiro fluxo de reagente menor do que a média.

Description

ANTECEDENTES

[001] Este pedido refere-se a um sistema para empregar um ou mais queimadores de oxi-combustível em um forno regenerativo e métodos para operar tais queimadores em um forno regenerativo, para fornecer transferência de calor aprimorada enquanto fornece uniformidade de aquecimento e reduz a formação potencial de óxidos de nitrogênio (NOx).

[002] Em um sistema de forno regenerativo convencional, queimadores de ar-combustível são usados em pares de inflamação alternadamente para recuperar energia a partir do gás de combustão do primeiro dentre os queimadores pareados através do preaquecimento do ar usado durante a operação do segundo dentre os queimadores pareados. Em particular, um trocador de calor capacitivo (por exemplo, material refratário) é usado para absorver energia (como calor) do gás de combustão enquanto o primeiro queimador está em inflamação e, então, para liberar essa energia (como calor) para o fluxo de ar para o segundo queimador, e vice-versa. Enquanto o cada queimador está em inflamação, a outra passagem de ar do queimador serve como o duto de gás de combustão, e inclui o trocador de calor capacitivo, e o ciclo de queimadores entre um e o outro periodicamente inflama como um queimador e serve como o duto de gás de combustão.

[003] Um exemplo da configuração de um forno regenerativo de porta de extremidade 100 é mostrado na Figura 9. O forno é tipicamente operado de modo regenerativo com o uso de duas portas de queimador 110, 130 que atuam alternadamente como o queimador e o duto. O forno é delimitado por uma parede frontal 102, uma parede traseira 120 e uma primeira parede lateral 114 e uma segunda parede lateral 134 em que cada uma se estende da parede frontal 102 para a parede traseira 120, assim como um teto (não mostrado). Uma carga de material a ser fundido, tal como vidro ou metal, é carregada e posicionada dentro do forno 100.

[004] Em uma configuração de porta de extremidade, uma primeira porta regeneradora 110 e uma segunda porta regeneradora 130 são montadas na parede frontal 102. Em um primeiro modo de operação, o combustível e o ar são abastecidos para a primeira porta regeneradora 110 e queimados no forno 10, enquanto produtos de combustão quentes são exauridos como gases de combustão através da abertura de abastecimento de ar da segunda porta regeneradora 130. Os gases de combustão percorrem uma trajetória geralmente em formato de U no forno 100. Em um segundo modo de operação, o combustível e o ar são abastecidos para a segunda porta regeneradora 130 e queimados no forno 100, enquanto produtos de combustão quentes são exauridos como gases de combustão através da abertura de abastecimento de ar da primeira porta regeneradora 110. Um duto (não mostrado) pode estar posicionado no forno 100 para auxiliar na criação de uma tiragem para manter o padrão de fluxo em formato de U. A operação de forno é alternada entre o primeiro modo e o segundo modo, de modo que as portas regeneradoras 110, 130 sejam operadas de modo cíclico como porta de queimador e porta de exaustão de gás, com uma comutação entre os dois modos que ocorre em uma escala de tempo definida, tal como a cada 10 a 30 minutos. Um trocador de calor (também chamado de um regenerador) está posicionado em cada porta regeneradora 110, 130 de modo que o ar que flui para dentro através da porta regeneradora e que flui em exaustão para fora através da porta regeneradora passe através do trocador de calor, preaquecendo, assim, o ar de entrada com calor recuperado da exaustão partida.

[005] Dada a configuração pareada ou de inflamação alternada de um forno regenerativo, algumas vezes é difícil posicionar de modo ideal os queimadores pareados em um processo de fu- são/aquecimento de modo a obter o aquecimento uniforme. Para garantir que a maior parte dos gases de combustão saiam através da segunda porta regeneradora enquanto a primeira porta regeneradora está em inflamação, uma tiragem é introduzida, que pode resultar em curto-circuito de gás de combustão e não uniformidades potenciais em distribuição de energia. Por exemplo, pontos frios 122 podem existir no forno 100 que resultam em tempos de ciclo estendidos. Tais pontos frios são comuns na base da trajetória em formato de U, particularmente em um forno 100 que é relativamente longo em comparação a sua largura e em comparação às regiões atingidas pelas chamas que emanam a partir dos queimadores de porta regeneradora 110, 130.

[006] Os queimadores de oxi-combustível localizados de modo estratégico podem fornecer uma energia auxiliar no forno, alvejada nesses pontos frios, para aprimorar a uniformidade, eficácia e produtividade de aquecimento sem aumentar significativamente o volume de gás de combustão. Como com outros usos de enriquecimento com oxigênio em um forno de ar-combustível, a eficácia de combustão aumentada e temperaturas de chama mais altas podem ser benéficas. Entretanto, a introdução de queimadores de oxi-combustível em um forno inflamado por ar-combustível também pode aumentar prejudici-almente as emissões de NOx. Consulte "Oxygen -Enhanced Combustion", Charles E. Baukal, ed., CRC Press, 1998 (página 48, Figura 2.1) que descreve um pico em NOx próximo de 45 a 50% de oxigênio no oxidador, com uma queda de NOx mais alta do que 55% de oxigênio no oxidador como um resultado de concentração de nitrogênio mais baixa no oxidador. As tentativas anteriores de utilizar enriquecimento com oxigênio em fornos regenerativos inflamados por ar-combustível não superaram esse problema.

SUMÁRIO

[007] Um método e sistema de queimador auxiliar seletivo são fornecidos para aumentar a cobertura de chama e fatores de observação em um forno e para permitir uma redução em pontos frios e, assim, aquecimento de forno mais uniforme. Conforme definido no presente documento, o queimador auxiliar de oxi-combustível pode fornecer de 1% a 90% da energia de combustão ao forno, ou em várias modalidades, pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 20%, pelo menos 30% ou pelo menos 40%; ou menos do que 90%, menos do que 80%, menos do que 70%, menos do que 60% ou menos do que 50%; ou uma combinação dos limites superior e inferior supracitados. A configuração do queimador permite entrega de fluxo de calor ideal tento espacial quanto temporalmente de modo que uma distribuição de temperatura uniforme possa ser alcançada e mantida em um forno. O fluxo de calor uniforme é alcançado direcionando-se o fluxo de calor para localizações apropriadas, por exemplo, conforme determinado por um algoritmo, com base em geometria de forno, ou com base em retroalimentação em tempo real a partir de um ou mais sensores, para certas quantidades de tempo. O queimador e o método permitem chamas seletivamente mais longas e mais penetrantes que podem impingir a carga em um forno a fornecer fusão aprimorara, enquanto minimiza perdas de fusão oxidante. Em particular, múltiplas chamas de alto momento são direcionadas para a fusão de uma maneira cíclica. O superaquecimento é evitado e a energia é distribuída de modo mais homogêneo durante o banho de fusão. O queimador tem uma pluralidade de elementos queimadores separados, localizados em um aloja-mento ou divididos entre mais de um alojamento. Cada elemento queimador tem sua própria chama em um estado passivo ou ativo que pode ser modulada em vários padrões e frequências para alcançar o perfil de fluxo de aquecimento desejado. Cada chama ativa está asso- ciada a uma região de chama no forno.

[008] Conforme descrito no presente documento, a combustão de oxi-combustível conforme entregue pelo queimador auxiliar seletivo é modulada para imitar ou ser sincronizada com a operação cíclica de um forno regenerativo. Isso pode ser alcançado com o uso de um queimador auxiliar único ou de uma pluralidade de queimadores auxiliares instalados de modo estratégico no forno em relação aos queimadores regeneradores para entregar energia de acordo com as necessidades do forno enquanto minimiza a interação entre as chamas auxiliares de oxi-combustível e as chamas regeneradoras de ar- combustível no forno.

[009] Várias modalidades de um sistema de queimador auxiliar são descritas.

[0010] Aspecto 1: Um queimador auxiliar de oxi-combustível para um forno regenerativo que tem um par de portas regeneradoras configuradas para inflamar e exaurir alternadamente a partir do forno, em que o queimador auxiliar compreende: pelo menos dois elementos queimadores, em que pelo menos um dos elementos queimadores corresponde a cada uma das portas regeneradoras de modo que uma porta regeneradora e seu pelo menos um elemento queimador correspondente estejam posicionados para inflamar regiões complementares do forno, sendo que cada elemento queimador compreende: um bocal de distribuição seletiva configurado para fluir um primeiro reagente; e um bocal de distribuição proporcional configurado para fluir um segundo reagente; e um controlador programado para: identificar qual porta regeneradora está atualmente em inflamação e qual porta regeneradora está atualmente em exaustão; e para controlar independentemente o primeiro fluxo de reagente para cada bocal de distribuição de modo que o pelo menos um elemento queimador que corresponde à porta regeneradora atualmente em inflamação seja ativo e o pelo menos um elemento queimador correspondente à porta regeneradora atualmente em exaustão seja passivo, em que o primeiro fluxo de reagente no bocal de distribuição seletiva de um elemento queimador ativo é maior do que um primeiro fluxo médio de reagente para os bocais de distribuição seletiva e o fluxo de combustível no bocal de distribuição seletiva de um elemento queimador passivo é menor do que o primeiro fluxo médio de reagente para os bocais de distribuição seletiva, e em que o primeiro reagente é um dentre um combustível e um oxidante e em que o segundo reagente é o outro dentre um combustível e um oxidante.

[0011] Aspecto 2: O queimador auxiliar do Aspecto 1, em que o bocal de distribuição proporcional é um bocal anular que circunda o bocal de distribuição seletiva.

[0012] Aspecto 3: O queimador auxiliar do Aspecto 1 ou 2, em que o primeiro reagente é um combustível e o segundo reagente é um oxidante.

[0013] Aspecto 3a: O queimador auxiliar do Aspecto 1 ou 2, em que o primeiro reagente é um oxidante e o segundo reagente é um combustível.

[0014] Aspecto 4: O queimador auxiliar do Aspecto 3, que compreende ainda: pelo menos um bocal em fases espaçado de cada um dos elementos queimadores e configurado para fluir um oxidante secundário; em que o controlador é programado ainda para controlar uma razão de fase para ser menor ou igual a cerca de 75%, em que a razão de fase é a razão entre o oxigênio contido no fluxo de oxidante secundário e a soma do oxidante fluido através dos bocais de distribuição proporcional e do bocal em fases.

[0015] Aspecto 5: O queimador auxiliar do Aspecto 1 a 4, em que as portas regeneradoras são montadas em uma parede de extremidade do forno, e em que o queimador auxiliar é montado em uma parede de extremidade oposta do forno.

[0016] Aspecto 6: O queimador auxiliar do Aspecto 1 a 4, em que as portas regeneradoras estão posicionadas em paredes laterais opostas próximas a uma parede de extremidade do forno, em que cada porta regeneradora é não perpendicular à sua respectiva parede lateral, e em que o queimador auxiliar é montado em uma parede de extremidade oposta do forno.

[0017] Aspecto 7: O queimador auxiliar do Aspecto 1 a 4, em que as portas regeneradoras estão posicionadas em paredes laterais opostas próximas a uma parede de extremidade do forno, em que cada porta regeneradora é não perpendicular à sua respectiva parede lateral, e em que o queimador auxiliar é montado em um teto do forno.

[0018] Aspecto 8: O queimador auxiliar do Aspecto 1, em que os elementos queimadores são montados no mesmo alojamento.

[0019] Aspecto 9: O queimador auxiliar do Aspecto 1, em que pelo menos um dos elementos queimadores é montado em um alojamento separado a partir de pelo menos um outro dentre os elementos queimadores.

[0020] Aspecto 10: O queimador auxiliar do Aspecto 1, em que o controlador é programado para controlar o primeiro fluxo de reagente para um bocal de distribuição seletiva passivo para ser maior do que zero e menor ou igual à metade da primeira taxa de fluxo de reagente de um bocal de distribuição seletiva ativo.

[0021] Aspecto 11: O queimador auxiliar do Aspecto 1, em que o oxidante que flui através dos elementos queimadores tem uma concentração de oxigênio igual ou maior do que cerca de 70%.

[0022] Aspecto 12: O queimador auxiliar do Aspecto 1, em que o bocal de distribuição seletiva de um elemento queimador ativo tem uma taxa de fluxo de jato ativa e em que o bocal de distribuição seletiva de um elemento queimador passivo tem uma taxa de fluxo de jato passiva; e em que o controlador é programado para controlar a razão entre a taxa de fluxo de jato ativa e a taxa de fluxo de jato passiva para ser de cerca de 5 a cerca de 40.

[0023] Aspecto 13: O queimador auxiliar do Aspecto 1, em que um elemento queimador passivo tem uma razão de equivalência de cerca de 0,2 a cerca de 1, e em que um elemento queimador ativo tem uma razão de equivalência de cerca de 1 a cerca de 10, em que a razão de equivalência é a razão entre o fluxo de oxidante estequiométrico teórico exigido para combustão do fluxo de combustível real através do elemento queimador e o fluxo de oxidante real através do elemento queimador.

[0024] Aspecto 14: Um forno regenerativo que tem as primeira e segunda paredes de extremidade, em que as primeira e segunda paredes laterais unem as paredes de extremidade, um teto e uma câmara delimitada pelas paredes de extremidade, pelas paredes laterais e pelo teto, em que o forno compreende: um par de portas regeneradoras configuradas para inflamar e exaurir alternadamente a partir da câmara, em que cada porta regeneradora define uma zona de chama que se estende para a câmara a partir da dita porta regeneradora; um queimador auxiliar de oxigênio que compreende pelo menos dois elementos queimadores, em que cada elemento queimador define uma zona de chama que se estende para a câmara a partir do dito elemento queimador, de modo que pelo menos um elemento queimador defina uma zona de chama que não sobreponha substancialmente a zona de chama definida por cada uma das portas regeneradoras, em que cada elemento queimador compreende: um bocal de distribuição seletiva configurado para fluir um primeiro reagente; e um bocal de distribuição proporcional configurado para fluir um segundo reagente; e um controlador programado para: identificar qual porta regeneradora está atualmente em inflamação e qual porta regeneradora está atualmente em exaustão; para designar como ativo o pelo menos um elemento queimador que tem uma zona de chama que não se sobrepõe substancialmente à zona de chama da porta regeneradora atualmente em inflamação e para designar como passivo os elementos queimadores restantes; e para controlar independentemente o primeiro fluxo de reagente para o bocal de distribuição seletiva de cada elemento queimador ativo para ser maior do que um primeiro fluxo médio de reagente para os bocais de distribuição seletiva e o primeiro fluxo para o bocal de distribuição seletiva de cada elemento queimador passivo para ser menor do que o primeiro fluxo médio de reagente para os bocais de distribuição seletiva, e em que o primeiro reagente é um dentre um combustível e um oxidante e em que o segundo reagente é o outro dentre um combustível e um oxidante.

[0025] Aspecto 15: Um método para operar um queimador auxiliar em um forno regenerativo que tem um par de portas regeneradoras configuradas para inflamar e exaurir alternadamente a partir do forno, em que o queimador tem pelo menos dois elementos queimadores em que cada um compreende um bocal de distribuição seletiva próximo a um bocal de distribuição proporcional, sendo que o queimador tem ainda um controlador programado para controlar independentemente o primeiro fluxo de reagente para o bocal de distribuição seletiva de cada elemento queimador, em que o método compreende: fluir um segundo reagente a uma segunda taxa de fluxo de reagente através de cada um dos bocais de distribuição proporcional; identificar qual porta regeneradora está atualmente em inflamação e qual porta regeneradora está atualmente em exaustão; selecionar pelo menos um dos bocais de distribuição seletiva para ser ativo e pelo menos um dos bocais de distribuição seletiva para ser passivo, em que o pelo menos um bocal de distribuição seletiva ativo tem uma zona de chama que é complementar a uma zona de chama da porta regeneradora atualmente em inflamação; fluir o primeiro reagente a uma taxa de fluxo de jato ativa através do pelo menos um bocal de distribuição seletiva ativo; e fluir o primeiro reagente a uma taxa de fluxo de jato passiva através do pelo menos um bocal de distribuição seletiva passivo; em que a taxa de fluxo de jato ativa é maior do que uma primeira taxa de fluxo médio de reagente através dos bocais de distribuição seletiva e a taxa de fluxo de jato passiva é menor do que a primeira taxa de fluxo médio de reagente através dos bocais de distribuição seletiva, e em que o primeiro reagente é um dentre um combustível e um oxidante e em que o segundo reagente é o outro dentre um combustível e um oxidante.

[0026] Aspecto 16: O queimador auxiliar do Aspecto 1, em que os elementos queimadores são posicionados de modo colinear.

[0027] Aspecto 17: O queimador auxiliar do Aspecto 16, que compreende ainda um bocal em fases entre cada par de elementos queimadores adjacentes, com cada bocal em fases localizado substancialmente equidistante entre os dois elementos queimadores.

[0028] Outros aspectos da invenção são descritos abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0029] A Figura 1A é uma vista de extremidade em perspectiva de uma modalidade de um queimador auxiliar seletivo com faseamento oxidante.

[0030] A Figura 1B é uma vista de extremidade em perspectiva de uma modalidade de um queimador auxiliar seletivo sem faseamento oxidante.

[0031] A Figura 2A é ume esquema de controle para uma modalidade de um queimador auxiliar seletivo com faseamento como na Figura 1A.

[0032] A Figura 2B é um esquema de controle para uma modalidade de um queimador auxiliar seletivo sem faseamento como na Figura 1B.

[0033] A Figura 3 é um esquema de sequência operacional para uma modalidade de um queimador auxiliar seletivo como nas Figuras 1A e 1B.

[0034] A Figura 4 é uma vista de extremidade esquemática que mostra orientações de bocal para duas modalidades de um queimador auxiliar seletivo.

[0035] As Figuras 5A(a) a 5A(e) são vistas de extremidade de várias modalidades de um queimador auxiliar seletivo com faseamento. A Figura 5A(a) mostra um queimador que tem um bocal em fases central circundado por quatro elementos queimadores angulados radialmente para fora; A Figura 5A(b) mostra um queimador que tem um bocal em fases central circundado por quatro elementos queimadores angulados tangencialmente ao longo de um círculo circunscrito; A Figura 5A(c) mostra um queimador que tem uma disposição colinear de elementos queimadores alternados e bocais em fases os quais todos, menos o bocal em fases central, estão angulados para fora; A Figura 5A(d) mostra um queimador que tem quatro elementos queimadores colineares adjacentes e substancialmente paralelos ao eixo geométrico maior de um bocal em fases ranhurados; e a Figura 5A(e) mostra um par de elementos queimadores de chama plana alinhados e um par de bocais em fases colineares adjacentes e substancialmente paralelos ao eixo geométrico maior de cada elemento queimador.

[0036] As Figuras 5B(a) a 5B(f) são vistas de extremidade de várias modalidades de um queimador auxiliar seletivo sem faseamento. A Figura 5B(a) mostra um queimador que tem quatro elementos queimadores angulados radialmente para fora; A Figura 5B(b) mostra um queimador que tem quatro elementos queimadores angulados tangencialmente ao longo de um círculo circunscrito; A Figura 5B(c) mostra um queimador que tem dois elementos queimadores colineares, cada um angulado para fora afastado do outro queimador; A Figura 5B(d) mostra um queimador que tem quatro elementos queimadores colinea- res angulados para fora em pares adjacentes ao outro par adjacente; e a Figura 5B(e) mostra um par de elementos queimadores de chama plana alinhados. A Figura 5B(f) mostra um queimador que tem múltiplas fileiras de elementos queimadores colineares.

[0037] A Figura 6 mostra várias geometrias possíveis de um bocal de distribuição seletiva dentro de cada elemento queimador.

[0038] A Figura 7 é uma vista em perspectiva de um tipo de forno que mostra duas orientações de montagem possíveis de um queimador auxiliar seletivo.

[0039] A Figura 8 é um gráfico que compara dados de produção de NOx de escala relativa de um queimador de oxi-combustível convencional, de um queimador de oxi-combustível faseado convencional e de um queimador auxiliar seletivo, em um forno tal como o da Figura 7, operado tanto no modo luminoso quanto no modo não luminoso.

[0040] A Figura 9 é uma vista plana esquemática de um forno regenerativo de porta de extremidade inflamada por ar-combustível exemplificativo.

[0041] A Figura 10 é uma vista plana esquemática de um forno regenerativo de porta de extremidade que mostra uma configuração comparativa de queimadores auxiliares de oxi-combustível inflamados continuamente.

[0042] A Figura 11 é uma vista plana esquemática de um forno regenerativo de porta de extremidade que mostra a operação de um queimador auxiliar seletivo montado em parede de extremidade que tem múltiplos elementos queimadores contidos em um alojamento único.

[0043] A Figura 12 é uma vista plana esquemática de um forno regenerativo de porta de extremidade, que mostra uma configuração de um queimador auxiliar seletivo montado em parede de extremidade que tem múltiplos elementos queimadores divididos entre dois ou mais alojamentos separados.

[0044] A Figura 13 é uma vista plana esquemática de um forno regenerativo de porta lateral angulada que mostra uma configuração de um queimador auxiliar seletivo montado em parede de extremidade que tem múltiplos elementos queimadores contidos em um alojamento único.

[0045] A Figura 14 é uma vista plana esquemática de um forno regenerativo de porta lateral angulada, que mostra uma configuração de um queimador auxiliar seletivo montado em parede de extremidade que tem múltiplos elementos queimadores divididos entre dois ou mais alojamentos separados.

[0046] A Figura 15 é uma vista plana esquemática de um forno regenerativo de porta lateral angulada que mostra uma configuração de um queimador auxiliar seletivo montado no teto.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0047] A Figura 1A retrata uma modalidade de um queimador auxiliar seletivo 10 que tem faseamento de um reagente (isto é, um "queimador faseado"), enquanto a Figura 1B retrata uma modalidade de um queimador auxiliar seletivo 11 sem faseamento de qualquer reagente (isto é, um queimador não faseado"). Os queimadores 10 e 11, cada um, incluem um corpo 12 que tem uma face 14, em que quando o queimador 10 ou 11 está montado em um forno (por exemplo como na Figura 7 ou nas Figuras 11 a 15), a face 14 está exposta à zona de combustão no forno.

[0048] O queimador não faseado 11 inclui uma pluralidade de elementos queimadores 20 orientados de modo a definir um círculo circunscrito (consulte a Figura 4), com os elementos queimadores 20 espaçados de preferência igualmente ao redor do círculo circunscrito. O queimador faseado 10 inclui ainda pelo menos um bocal em fases 30 posicionado dentro do círculo circunscrito. Para propósitos de referência, um jato ativo (A) e um jato passivo (P) são retratados para mostrar que o jato ativo tem uma chama mais larga do que o jato passivo.

[0049] Os queimadores 10 e 11 retratados nas Figuras 1A e 1B, respectivamente, cada um, têm quatro elementos queimadores 20 espaçados em intervalos de aproximadamente 90°. Entretanto, deve compreender que o queimador 10 ou 11 pode incluir qualquer número n de elementos queimadores 20 igual ou maior do que dois. Por exemplo, um queimador 10 ou 11 pode ter dois elementos queimadores 20 espaçados de modo a serem diametralmente opostos (conforme mostrado nas Figuras 5A(d) e 5B(d)), ou, alternativamente, três elementos queimadores 20 espaçadas em intervalos de aproximadamente 120°, ou cinco ou mais elementos queimadores 20 espaçados em intervalos aproximadamente iguais. Também deve-se compreender que para algumas geometrias, configurações ou condições de operação de forno, pode ser desejável ter um queimador 10 ou 11 com uma pluralidade de elementos queimadores 20 que são espaçados de forma desigual em redor do círculo circunscrito. Em uma alternativa adicional, o queimador 10 ou 11 pode ter uma pluralidade de elementos queimadores 20 que estão dispostas para definir um formato geométrico diferente de um círculo, por exemplo, um oval ou um polígono irregular, dependendo da geometria e configuração do forno.

[0050] Além disso, o queimador não faseado 11 pode incluir dois ou mais elementos queimadores 20 que são posicionados em múltiplos alojamentos em localizações diferentes em um forno, em vez de todos os elementos queimadores 20 estarem no mesmo alojamento, mas são operados de uma maneira seletiva coordenada conforme é descrito no presente documento.

[0051] O queimador faseado 10 da Figura 1A tem um bocal em fases posicionado centralmente 30. Entretanto, deve-se compreender que uma pluralidade de bocais em fases 30 pode ser fornecida, em que os bocais em fases 30 podem ser todos do mesmo tamanho ou de tamanhos diferentes. Adicionalmente, dependendo da geometria de forno, das características de chama desejadas, da orientação dos elementos queimadores individuais 20 e de outros fatores, o bocal(is) em fases 30 pode(em) ser posicionado(s) fora do centro dentro do círculo circunscrito definido pelos elementos queimadores 20. O bocal em fases 30 pode ser de qualquer formato.

[0052] Tanto no queimador faseado 10 quanto no queimador não faseado 11, cada elemento queimador 20 inclui um bocal de distribuição seletiva 22 circundado por um bocal de distribuição proporcional anular 24. Um reagente seletivamente distribuído é fluido através do bocal de distribuição seletiva 22 enquanto um reagente proporcionalmente distribuído é fluido através do bocal de distribuição proporcional anular 24, em que um reagente é um combustível e o outro reagente é um oxidante. No queimador faseado 10, uma porção do reagente proporcionalmente distribuído também é fluida através do bocal em fases 30. Em uma modalidade do queimador 10 ou 11, o combustível é fluido através do bocal de distribuição seletiva 22 como o reagente seletivamente distribuído, enquanto o oxidante é fluido através do bocal de distribuição proporcional anular 24 como o reagente proporcionalmente distribuído. Em outra modalidade do queimador 10 ou 11, o oxidante é o reagente seletivamente distribuído fluido através do bocal de distribuição seletiva 22 e o combustível é o reagente proporcionalmente distribuído fluido através do bocal de distribuição proporcional anular 24. Ainda, em modalidades alternativas do elemento queimador 20 o bocal de distribuição proporcional 24 não precisa ser anular, mas em vez disso, pode incluir um ou mais bocais posicionados em proximidade ao bocal de distribuição seletiva 22. Por exemplo, um bocal de dis- tribuição proporcional 24 pode ser adjacente ao bocal de distribuição seletiva 22, ou uma pluralidade de bocais de distribuição proporcional 24 pode ser posicionada adjacente e circunferencialmente ao redor do bocal de distribuição seletiva 22. Em qualquer configuração, o bocal de distribuição proporcional 24 (ou bocais 24) pode estar perto o suficiente do bocal de distribuição seletiva 22 de modo que o combustível e o oxidante interajam e queimem para formar uma chama estável.

[0053] No queimador faseado 10, a proporção de reagente proporcionalmente distribuído introduzido através dos bocais de distribuição proporcional anulares 24 em comparação com o bocal em fases 30 pode ser ajustada a fim de manter uma operação de queimador estável e/ou controlar as propriedades de chama tais como perfil de liberação de calor. O termo "razão de fase" denota a quantidade de fluxo de reagente proporcionalmente distribuído através do bocal em fases 30 dividido pela quantidade total do fluxo de reagente proporcionalmente distribuído através do bocal em fases 30 e dos bocais de distribuição proporcional anulares 24 combinados.

[0054] Conforme usado no presente documento, o termo "combustível" denota qualquer substância que contenha hidrocarboneto que possa ser usada como combustível em uma reação de combustão. Preferencialmente, o combustível é um combustível gasoso, tal como gás natural, mas o combustível também pode ser um combustível líquido atomizado ou um combustível sólido pulverizado em um gás de arrasto. Conforme usado no presente documento, o termo "oxidante" denota qualquer substância que contenha oxigênio que possa oxidar o combustível em uma reação de combustão. Um oxidante pode ser ar, ar viciado (isto é, gás com menos do que cerca de 20,9% de oxigênio), ar enriquecido com oxigênio (isto é, gás com mais do que cerca de 20,9% de oxigênio) ou oxigênio essencialmente puro (isto é, gás com aproximadamente 100% de oxigênio). Em várias modalidades, o oxi dante é um ar enriquecido com oxigênio que tem uma concentração de oxigênio de pelo menos cerca de 23%, pelo menos cerca de 26%, pelo menos cerca de 40%, pelo menos cerca de 70% ou pelo menos cerca de 98%.

[0055] O bocal de distribuição seletiva 22 pode ser de qualquer formato. Um subconjunto de possíveis formatos exemplificativos é mostrado na Figura 6, que inclui um bocal ranhurado (Figura 6a), um bocal de ranhura única (Figura 6b), um bocal circular (Figura 6c) e um bocal de múltiplos orifícios (Figura 6d). Uma discussão mais detalhada de possíveis formatos de bocal pode ser encontrada no documento no US 6.866.503, incorporado no presente documento em sua totalidade a título de referência. Por exemplo, para criar uma chama luminosa com altas propriedades de transferência radiativa, um bocal de distribuição seletiva 22 que tem um fator de formato menor do que 10 pode ser usado, enquanto para criar uma chama não luminosa que pode ter um NOx mais baixo, um bocal de distribuição seletiva que tem um fator de formato de 10 ou mais pode ser usado. O modo luminoso pode ser preferencial para operações de fusão, enquanto um modo não luminoso pode ser preferencial para operações de reaquecimento. Observa- se que um bocal de alto fator de formato pode incluir um bocal de múltiplos orifícios. Conforme descrito em detalhes no documento no US 6.866.503, o fator de formato, a, é definido o quadrado do perímetro, P, divido por duas vezes a área de corte transversal, A, ou nos termos da equação: a = P2 / 2A.

[0056] A Figura 2A mostra um esquema de controle simplificado para um queimador faseado 10, e a Figura 2B mostra um esquema de controle simplificado para um queimador não faseado 11, conforme descrito acima. Um primeiro fluido F1 é abastecido para os bocais de distribuição seletiva 22 a uma taxa de fluxo total controlada por uma válvula de controle 23. O fluxo do primeiro fluido F1 para cada bocal de distribuição seletiva 22 é controlado separadamente. Em uma modalidade, uma válvula de controle 26 a montante de cada bocal de distribuição seletiva 22 é modulada entre uma posição de fluxo alto e uma posição de fluxo baixo, que correspondem respectivamente a um estado ativo e um estado passivo para o elemento queimador 20 que contém esse bocal de distribuição seletiva 22. Em uma modalidade alternativa, a válvula de controle 26 está posicionada paralela a uma passagem de desvio 27. Nessa modalidade, a válvula de controle 26 é modulada entre uma posição aberta e uma posição fechada, que correspondem novamente aos estados ativo e passivo, respectivamente, do elemento queimador 20, enquanto a passagem de desvio 27 permite uma quantidade relativamente pequena de fluxo para desviar a válvula de controle 26 de modo que parte do primeiro fluido F1 esteja sempre fluindo para o bocal de distribuição seletiva 22, mesmo no estado passivo. As taxas de fluxo para cada um dos bocais de distribuição seletiva 22 podem ser definidas de modo que as taxas de fluxo de estado ativo do primeiro fluido F1 para cada bocal de distribuição seletiva 22 possam ser diferentes ou as mesmas, e as taxas de fluxo de estado passivo do primeiro fluido F1 para cada bocal de distribuição seletiva 22 possam ser diferentes ou as mesmas, dependendo das exigências de uma aplicação ou forno particular.

[0057] O efeito de qualquer disposição é modular o fluxo através do bocal de distribuição seletiva 22 entre uma taxa de fluxo ativo relativamente mais alta e uma taxa de fluxo passivo relativamente mais baixa. Por exemplo, uma taxa de fluxo ativo pode ser definida como uma taxa de fluxo maior do que uma taxa de fluxo média para os bocais de distribuição seletiva 22, enquanto uma taxa de fluxo passivo pode ser definida como uma taxa de fluxo menor do que a taxa de fluxo média para os bocais de distribuição seletiva 22. A taxa de fluxo média é determinada dividindo-se a taxa de fluxo total do primeiro fluido F1 pelo número total n de bocais de distribuição seletiva 22 / elementos queimadores 20. Outras relações entre a taxa de fluxo ativo e a taxa de fluxo passivo podem ser usadas, com a taxa de fluxo ativo sempre sendo maior do que a taxa de fluxo passivo.

[0058] Independentemente de como as taxas de fluxo ativo e passivo são determinadas, a taxa de fluxo passivo deve ser maior do que fluxo em zero. A taxa de fluxo passivo é suficiente para manter a combustão em cada elemento queimador 20, de modo a fornecer um mecanismo para ignição imediata quando um elemento queimador 20 é comutado a partir do estado passivo para o estado ativo. A taxa de fluxo passivo não zero também protege o bocal de distribuição seletiva 22 de entrada de materiais estranhos. Em uma modalidade, a taxa de fluxo passivo é menor ou igual à metade da taxa de fluxo ativo. Em outra modalidade, a razão entre a taxa de fluxo ativo e a taxa de fluxo passivo é de pelo menos cerca de 5 e não maior do que cerca de 40. Em ainda outra modalidade, a razão entre a taxa de fluxo ativo e a taxa de fluxo passivo é de pelo menos cerca de 15 e não maior do que cerca de 25.

[0059] Um segundo fluido F2 é abastecido para os bocais de distribuição proporcional anulares 24. Uma válvula de controle 28 controla a taxa de fluxo total do segundo fluido F2 para os bocais de distribuição proporcional anulares 24, e uma tubulação 29 distribui o fluxo de modo aproximadamente igual através dos n bocais de distribuição proporcional anulares 24.

[0060] No queimador faseado 10 (Figura 2A), mas não no queimador não faseado 11 (Figura 2b), um terceiro fluido F3 é abastecido para o bocal em fases 30, e a taxa de fluxo do terceiro fluido F3 é controlada por uma válvula de controle 32. O bocal em fases 30 pode incluir uma aleta de redemoinho ou outro mecanismo (não mostrado) para transmitir redemoinho para o terceiro fluido F3 que sai do bocal em fases 30. O redemoinho transferido no terceiro fluido F3 irá resultar em rompimento desse jato de fluido, que pode auxiliar na reentrada do terceiro jato de fluido F3 pelo(s) jato(s) ativo(s). Entretanto, o redemoinho intenso não é desejável visto que o mesmo pode dominar a estrutura de fluxo e alterar os formatos de chama.

[0061] O segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 contêm o mesmo tipo de reagente, seja combustível ou oxidante. Por exemplo, quando o primeiro fluido F1 é combustível, o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são, cada um, oxidantes, e quando o primeiro fluido F1 é oxidante, o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são, cada um, combustíveis. Em uma 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 concentrações diferentes. Nesse caso, a válvula de controle 28 e a válvula de controle 32 devem ser válvulas separadas para controlar os dois fluidos F2 e F3. Em uma modalidade alternativa (não mostrada), quando o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são o mesmo fluido tendo a mesma concentração do mesmo reagente, uma válvula em fases pode ser usada no lugar da válvula de controle 28 e a válvula de controle 32 distribui uma porção do fluxo de modo aproximadamente igual para os n bocais de distribuição proporcional anulares 24 e o restante do fluxo para o bocal em fases 30.

[0062] Nas modalidades retratadas das Figuras 2A e 2B, a taxa de fluxo do segundo fluido F2 para cada um dos bocais de distribuição proporcional anulares 24 não é controlada independentemente. Como resultado, cada bocal de distribuição proporcional anular 24 sempre flui em torno de uma taxa de fluxo média do segundo fluido F2 quando a válvula de controle 28 está aberta. A taxa de fluxo média é determinada dividindo-se a taxa de fluxo total do segundo fluido F2 pelo número total n de bocais de distribuição proporcional anulares 24 / ele- mentos queimadores 20. Alternativamente, a taxa de fluxo do segundo fluido F2 para cada bocal de distribuição proporcional anular 24 pode ser controlada independentemente.

[0063] Nas modalidades retratadas das Figuras 2A e 2B, visto que a taxa de fluxo do segundo fluido F2 para cada bocal de distribuição proporcional anular 24 é quase a mesma, cada elemento queimador 20 opera em ambos os lados do estequiométrico 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 do estequiométrico, e algumas vezes bem fora do estequiométrico, em uma direção, e quando o elemento queimador 20 está no estado passivo, esse elemento queimador 20 opera fora do estequiométrico, e algumas vezes bem fora do estequiométrico, 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 escasso de combustível. Alternativamente, quando o primeiro fluido F1 é oxidante e o segundo fluido F2 é combustível, um elemento queimador 20 no estado ativo irá operar escasso de combustível e um elemento queimador 20 no estado passivo irá operar rico em combustível. Entretanto, visto que o fluxo total de combustível e oxidante é controlado por válvulas de controle 23 e 28 (e também por uma válvula de controle em fases 32), a estequiometria total do queimador 10 permanece a mesma independentemente de quais, e quantos, elementos queimadores 20 estão no estado ativo versus o estado passivo.

[0064] A estequiometria a qual cada elemento queimador 20 operar pode ser distinguida por uma razão de equivalência. Para uma dada taxa de fluxo de combustível, a razão de equivalência é determinada como a razão entre fluxo de oxigênio estequiométrico teórico e flu- xo de oxigênio real. Para um oxidante que é 100% oxigênio, o fluxo de oxigênio equivale ao fluxo de oxidante. Para um oxidante com uma porcentagem X de oxigênio menor do que 100%, o fluxo de oxigênio em uma corrente de oxidante é determinado dividindo-se a taxa de fluxo de oxidante pela porcentagem X de oxigênio; por exemplo, para atender uma exigência de oxigênio de 100 SCFH com o uso de um oxidante que contém 40% de oxigênio, 250 SCFH do oxidante é exigido.

[0065] A discussão a seguir se refere às modalidades nas quais o primeiro fluido F1 é um combustível e o segundo fluido F2 é um oxidante (queimador não faseado) e nas quais o primeiro fluido F1 é um combustível e tanto o segundo fluido F2 quanto o terceiro fluido F3 são oxidantes (queimador faseado). Quando um elemento queimador 20 está no estado passivo, a razão de equivalência é menor do que cerca de 1 e é, preferencialmente, pelo menos cerca de 0,2. Isso significa que um elemento queimador passivo 20 está em operação escassa de combustível, com tanto quanto cinco vezes o oxigênio exigido para combustão completa. Em contrapartida, quando um elemento queimador 20 está no estado ativo, a razão de equivalência é maior do que cerca de 1 e é, preferencialmente, mais do que cerca de 10. Isso significa que um elemento queimador ativo 20 está em operação rica em combustível, com tão pouco quanto 10% do oxigênio exigido para combustão completa.

[0066] Uma razão de fase, no caso de um queimador faseado, é definida como a razão entre a quantidade de um reagente que flui através do bocal em fases 30 e a quantidade total desse reagente que flui através dos bocais de distribuição proporcional anulares 24 e do bocal em fases 30. Por exemplo, quando o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são oxidantes, a razão de fase é a quantidade de oxigênio fornecido pelo bocal em fases 30 dividida pela quantidade total de oxigênio fornecido pelo bocal em fases 30 e pelos bocais de distribuição proporcional anulares 24 combinadas. Se o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são os mesmos fluidos (isto é, com a mesma concentração de oxigênio), então, a razão de fase é simplesmente a taxa de fluxo do terceiro fluido F3 dividida pela soma da taxa de fluxo do segundo fluido F2 e da taxa de fluxo do terceiro fluido F3. Mas se o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são fluidos diferentes (isto é, com concentrações diferentes de oxigênio X2 e X3, respectivamente), então, a razão de fase é calculada para levar em consideração as diferenças de concentração, como , conforme será en tendido por uma pessoa versada na técnica.

[0067] O queimador faseado 10 é preferencialmente operado com uma razão de fase menor ou igual a cerca de 75%. Por exemplo, quando o oxidante é faseado, isto é, quando o segundo fluido F2 e o terceiro fluido F3 são oxidantes, pelo menos cerca de 25% do oxigênio para o queimador 10 é fluido através dos bocais de distribuição proporcional anulares 24 e não mais do que cerca de 75% do oxigênio é fluido através do bocal em fases 30. Mais preferencialmente, o queimador faseado 10 é operado com uma razão de fase menor ou igual a cerca de 40%. Ainda, conforme discutido acima, devido à operação ativa ou passiva de cada um dos elementos queimadores 20, os um ou mais elementos queimadores 20 ativos em um momento operam com um excesso do primeiro fluido F1 em comparação ao estequiométrico, e os um ou mais elementos queimadores 20 que são passivos no mesmo momento operam com um excesso do segundo fluido F2 em comparação ao estequiométrico, fornecendo, desse modo, alguma quantidade de faseamento mesmo sem levar em consideração o terceiro fluido F3 fornecido pelo bocal em fases 30.

[0068] Ainda, até o queimador não faseado 11 opera com alguma quantidade de "faseamento" em que os elementos queimadores ativos 20 operam ricos no primeiro fluido F1 e os elementos queimadores passivos operam escassos no primeiro fluido F1, de modo que uma parte do primeiro fluido F1 a partir dos elementos queimadores ativos 20 entre em combustão de uma maneira mais retardada e difusa com parte do segundo fluido F2 a partir dos elementos queimadores passivos 20. Por exemplo, quando o primeiro fluido F1 é combustível e o segundo fluido F2 é oxidante, os elementos queimadores ativos 20 são ricos em combustível e parte do combustível em excesso entra em combustão com o oxidante em excesso a partir dos elementos queimadores passivos 20, que são escassos de combustível.

[0069] O primeiro fluido F1 que sai de um bocal de distribuição seletiva ativo 22 tem uma velocidade de jato ativo determinada pela taxa de fluxo do primeiro fluido F1 e pela área de corte transversal do bocal de distribuição seletiva 22. O segundo fluido F2 que sai de um bocal de distribuição proporcional anular 24 tem uma velocidade de jato anular determinada pela taxa de fluxo do segundo fluido F2 e pela área de corte transversal do bocal de distribuição proporcional anular 24. No queimador faseado 10, o terceiro fluido F3 que sai do bocal em fases 30 tem uma velocidade de jato em fases determinada pela terceira taxa do terceiro fluido F3 e pela área de corte transversal do bocal em fases 30. A velocidade de jato ativo é preferencialmente maior do que a velocidade de jato anular tanto para o queimador faseado 10 quanto para o queimador não faseado 11.

[0070] Além disso, para desempenho ideal do queimador faseado 10, a velocidade de jato em fases deve ser menor ou igual à velocidade de jato ativo, e maior ou igual a cerca de 0,05 vezes a velocidade de jato ativo. Em uma modalidade, a razão entre a velocidade de jato em fases e a velocidade de jato ativo é menor ou igual a cerca de 0,4. Em outra modalidade, a razão entre a velocidade de jato em fases e a velocidade de jato ativo é maior ou igual a cerca de 0,1.

[0071] Em uma modalidade exemplificativa testada em uma disposição de inflamação vertical (montada no teto), a velocidade de jato do primeiro fluido F1 através de um bocal de distribuição seletiva ativo 22 foi de pelo menos cerca de 76,2 m/s (250 pés/s) e foi, preferencialmente, de pelo menos cerca de 91,44 m/s (300 pés/s) e a velocidade através de um bocal de distribuição seletiva passivo 22 foi de cerca de 20% da velocidade de jato ativo. Para uma disposição de inflamação horizontal, a velocidade de jato ativo pode ser consideravelmente mais baixa visto que há menos necessidade em combater efeitos de flutua- bilidade para evitar o superaquecimento de bloco de queimador.

[0072] Todas as válvulas de controle 23, 26, 28 e 32 estão conectadas e controladas por um controlador 105 que é especificamente programado ou configurado para operar o queimador 10. O controlador 105 pode incluir componentes eletrônicos convencionais tais como uma CPU, RAM, ROM, dispositivos de I/O, e a programação ou configuração do controlador 105 pode ser realizada por uma combinação de um ou mais dentre hardware, firmware, software e qualquer outro mecanismo conhecido atualmente ou desenvolvido posteriormente para programar instruções de operação em um controlador.

[0073] Conforme descrito acima, um dos fluidos F1 e F2 deve ser ou conter um combustível, e o outro dos fluidos F1 e F2 dever ser um oxidante ou conter oxigênio. Em um queimador faseado 10, o terceiro fluido F3 deve ser do mesmo tipo de fluido (combustível ou oxidante) que o segundo fluido F2. O combustível pode ser um combustível gasoso, um combustível líquido ou um combustível sólido pulverizado em um transportador gasoso. Em uma modalidade de um queimador não faseado 11, F1 é um combustível e F2 é um oxidante. Em uma modalidade de um queimador faseado 10, F1 é um combustível e F2 e F3 são oxidantes. Nesse caso, F2 e F3 podem ser o mesmo oxidante, ou F2 e F3 podem ser oxidantes diferentes. Por exemplo, em uma moda- lidade preferencial, F1 é um combustível gasoso tal como gás natural, F2 é um oxidante que tem uma concentração de oxigênio maior ou igual a cerca de 70%, para um queimador faseado 10 ou um queimador não faseado 11. Para um queimador faseado 10 nessa modalidade, F3 é um oxidante que tem uma concentração de oxigênio maior ou igual a cerca de 20,9%. Em outra modalidade similar, F1 é um combustível gasoso tal como gás natural, F2 é um oxidante que tem uma concentração de oxigênio maior do que o ar, e na versão de queimador faseado, F3 é ar.

[0074] Em uma modalidade alternativa, F1 é um oxidante e F2 (e F3 no caso de faseamento) é combustível. Nesse caso, F1 tem uma concentração de oxigênio maior ou igual a cerca de 26%, preferencialmente, maior ou igual a cerca de 40% e, mais preferencialmente, maior ou igual a cerca de 70%.

[0075] A Figura 3 mostra uma sequência possível de operação para a modalidade dos queimadores 10 e 11 ilustrados nas Figuras 1A e 1B. Para propósitos de discussão, os quatro elementos queimadores 20 são marcados como a, b, c e d. conforme mostrado, somente um elemento queimador 20 está ativo em um momento, enquanto os elementos queimadores restantes 20 estão passivos, e cada elemento queimador 20 é sucessivamente comutado para o estado ativo quando o elemento queimador anteriormente ativo 20 é retornado para o estado passivo.

[0076] Em particular, na modalidade retratada, o elemento queimador 20a está ativo enquanto os elementos queimadores 20b, 20c e 20d estão passivos. Em outras palavras, cada um dos bocais anulares 24 em cada elemento queimador 20 está recebendo um fluxo aproximadamente igual do segundo fluido F2, e somente o bocal de distribuição seletiva 22 no elemento queimador 20a está recebendo um fluxo ativo mais alto do primeiro fluido F1, enquanto os bocais de distri- buição seletiva 22 nos outros elementos queimadores 20b, 20c e 20d estão recebendo um fluxo passivo mais baixo do primeiro fluido F1. Isso resulta em uma chama de penetração relativamente longa que emana do elemento queimador ativo 20a e chamas relativamente curtas (piloto) que emanam dos elementos queimadores passivos 20b, 20c e 20d. Conforme mostrado ainda na modalidade retratada, quando o elemento queimador 20b se torna ativo, o elemento queimador 20a retorna para o estado passivo e os elementos queimadores 20c e 20d permanecem passivos. A seguir, quando o elemento queimador 20c se torna ativo, o elemento queimador 20b retorna para o estado passivo e os elementos queimadores 20c e 20a permanecem passivos. Final-mente, quando o elemento queimador 20d se torna ativo, o elemento queimador 20d retorna para o estado passivo e os elementos queimadores 20a e 20b permanecem passivos.

[0077] A sequência mostrada na Figura 3 e descrita acima é somente uma dentre as variações essencialmente ilimitadas. Em um exemplo não limitativo, um elemento queimador 20 está ativo em um momento em uma sequência de repetição tal como a-b-c-d, ou a-b-d-c, ou a-c-b-d ou a-c-d-b. Em outro exemplo não limitativo, um elemento queimador 20 está ativo em um momento em uma sequência aleatória. Em outro exemplo não limitativo, um elemento queimador 20 está ativo em um momento, mas cada um para o mesmo ou comprimentos diferentes de tempo.

[0078] Ainda, em outros exemplos, mais do que um elemento queimador 20 está ativo em um momento. Por exemplo, para um queimador 10 que tem três ou mais elementos queimadores 20, dois elementos queimadores 20 podem estar ativos e o restante, passivo. Em geral, para um queimador 10 que tem n elementos queimadores, qualquer número de elementos queimadores de 1 a n-1 pode estar ativo, e o restante, passivo.

[0079] Cada elemento queimador 20 pode ser comutado do estado passivo para o ativo com base em uma sequência de tempo programada, de acordo com um algoritmo predeterminado, de acordo com uma sequência aleatória, dependendo das condições do forno ou sincronizado com outros eventos cíclicos ou periódicos no forno. Um ou mais sensores 110 podem estar posicionados no forno para captar qualquer parâmetro que possa ser relevante para determinar localizações onde mais ou menos calor de combustão é necessário. Por exemplo, o sensor pode ser um sensor de temperatura, de modo que quando o sensor de temperatura estiver abaixo de um ajuste de limiar, o elemento queimador 20 orientando para aquecer o forno na região desse sensor de temperaturas possa ser feito ativo mais frequentemente ou por períodos de tempo mais longos. Ou se um sensor de temperatura detecta que uma porção do forno ou carga está recebendo calor insuficiente, um ou mais elementos queimadores 20 posicionados próximos a essa porção do forno ou angulados em direção a essa porção da carga podem ser comutados para o estado ativo, enquanto os elementos queimadores 20 em porções do forno que recebem calor em excesso podem ser comutados para o estado passivo. Em relação específica a um forno regenerativo, sensores de tempera-tura, tais como sensores ópticos, podem detectar a temperatura da carga em várias partes do forno e podem detectar regiões com necessidade de calor adicional, tais como todo ou porções do ponto frio 122, e os elementos queimadores 20 alvejados para essas regiões podem ser feitos ativos por períodos de tempo mais longos ou mais frequentemente para aumentar a temperatura dessas regiões.

[0080] Os sensores de temperaturas podem incluir sensores de contato tais como termopares ou RTDs localizados nas paredes de forno, ou sensores de não contato tais como sensores infravermelho, sensores de radiação, sensores ópticos, câmeras, sensores de cor ou outros sensores disponíveis para isso na indústria. Outros tipos de sensores também podem ser usados para indicar o nível de fusão ou aquecimento no forno, que incluem, mas não limitados a, sensores de proximidade (por exemplo, para captar a proximidade de carga sólida que ainda tem que fundir) ou sensores de condutividade (por exemplo, para detectar a condutividade mais alta de um líquido em comparação a fragmentos de sólidos pobremente interconectados).

[0081] Diversos benefícios podem ser alcançados por operação do queimador 10 ou o do queimador 11 conforme descrito no presente documento. Visto que o calor pode ser preferencialmente direcionado para certas localizações e por períodos de tempo mais longos ou mais curtos, os pontos frios no forno podem ser identificados e eliminados, resultando em aquecimento e fusão mais uniforme. Particularmente para disposições de inflamação vertical (isto é, queimadores montados no teto que apontam para baixo) como na Figura 7 ou Figura 15, a operação do queimador com menos do que todos os elementos queimadores 20 em modo ativo reduz ou elimina os riscos de chamas flu-tuantes, evitando, desse modo, o superaquecimento do bloco de 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 de distribuição proporcional anular 24 é significativamente menor do que o oxigênio estequiométrico exigido pelo combustível fornecido através do bocal de distribuição seletiva 22,cria uma atmosfera não oxidante próxima ao banho de fusão para ajudar a proteger a carga de oxidação indesejada. Adicionalmente, ativar os elementos queimadores 20 em um padrão cíclico repetido pode ser usado para gerar um padrão de aquecimento em vórtice que aumenta o tempo de residência de gases de combustão, aumenta as taxas de transferência de calor e aprimora a uniformidade de aquecimento, conforme mostrado, por exemplo, no documento no US 2013/00954437. Ainda, a ativação seletiva de elementos queimadores 20 e a variação da razão de fase podem ser usadas para ajustar a localização de fluxo de calor máximo que emana das reações de combustão e para ajustar a cobertura de chama para acomodar várias geometrias, condições e níveis de carga de forno.

[0082] Várias configurações possíveis do queimador faseado 10 e do queimador não faseado 11 incluem aquelas mostradas nas Figuras 5A e 5B. Em uma modalidade do tipo mostrado nas Figuras 5A(a) e 5B(a), um ou mais dos elementos queimadores 20 podem ser angulados radialmente para fora em um ângulo α a partir do círculo circunscrito pelos elementos queimadores 20, ou a partir de um eixo geométrico perpendicular ao bloco de queimador 12 ou de um eixo geométrico definido pelo bocal em fases 30. Embora a modalidade retratada mostre todos os quatro elementos queimadores 20 angulados radial-mente para fora no mesmo ângulo α, deve-se compreender que cada elemento queimador 20 pode ser angulado em um ângulo diferente αn dependendo da geometria de forno e das características de operação desejadas do queimador 10. O ângulo α pode ser maior ou igual a cerca de 0° e é preferencialmente não zero e menor ou igual a cerca de 60°. Mais preferencialmente, o ângulo α é de pelo menos cerca de 10° e não maior do que cerca de 40°.

[0083] Em uma modalidade do tipo mostrado nas Figuras 5A(b) e 5B(b), um ou mais elementos queimadores 20 podem ser angulados tangencialmente ao círculo circunscrito a um ângulo β para criar o redemoinho. Embora a modalidade retratada mostre todos os quatro elementos queimadores 20 angulados tangencialmente no mesmo ângulo β, deve-se compreender que cada elemento queimador 20 pode ser angulado em um ângulo diferente βn dependendo da geometria de forno e das características de operação desejadas do queimador 10. O ângulo β pode ser maior ou igual a cerca de 0° e é preferen cialmente menor ou igual a cerca de 60°. Mais preferencialmen te, o ângulo β é de pelo menos cerca de 10° e não mais do que cerca de 40°.

[0084] Em uma modalidade do tipo mostrado nas Figuras 5A(c) e 5B(d), uma pluralidade de elementos queimadores 20 estão geralmente posicionados de modo colinear entre si para definir uma linha que tem um ponto médio e extremidades. Embora os quatros elementos queimadores 20 sejam mostrados, essa modalidade é aplicável a uma configuração com pelo menos dois elementos queimadores 20 (por exemplo conforme mostrado na Figura 5B(c) para um queimador não faseado) e até tantos elementos queimadores 20 quanto possam ser exigidos em um forno particular. Em um queimador faseado, um bocal em fases 30 é posicionado entre cada par de elementos queimadores adjacentes 20, de modo que os elementos queimadores 20 e os bocais em fases 30 se alternem. Por exemplo, uma disposição com dois elementos queimadores 20 tem um bocal em fases 30 posicionado entre os dois elementos queimadores 20, e uma disposição com três elementos queimadores 20 tem dois bocais em fases 30, cada um posicionado entre um par de elementos queimadores adjacentes 20. Os elementos queimadores 20 podem todos ser orientados perpendicularmente à face de queimador 14, ou alguns ou todos os elementos queimadores 20 podem ser angulados para fora a um ângulo Y menor ou igual a cerca de 45° a partir do ponto médio da linha em direção a uma das extremidades da linha. De modo similar, os bocais em fases 30 podem ser orientados perpendicularmente à face de queimador 14, ou alguns ou todos os bocais em fases 30 podem ser angulados em uma direção ou a outra ao longo da linha. Na modalidade retratada, um bocal em fases central 30 é orientado perpendicularmente à face de queimador 14, e uma série de três elementos colineares - um elemento queimador 20, um bocal em fases 30 e outro elemento queimador 20 - está posicionada diametralmente a ambos os lados e angula- da para longe do bocal em fases central 30 e em direção as suas respectivas extremidades da linha.

[0085] Em uma modalidade do tipo mostrado nas Figuras 5A(d) e 5B(d), uma pluralidade de elementos queimadores 20 estão posicionados de modo colinear entre si para definir uma linha que tem um ponto médio 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 tantos elementos queimadores 20 quanto possam ser exigidos em um forno particular. Em um queimador faseado, um bocal em fases alongado ou geralmente retangular 30 que tem um eixo geométrico maior de pelo menos 1,5 vezes tão longo quando um eixo geométrico menor está posicionado adjacente a, e espaçado por uma distância fixa dos elementos queimadores 20, com o eixo geométrico maior substancial-mente paralelo à linha definida pelos elementos queimadores 20. Os elementos queimadores 20 podem todos ser orientados perpendicularmente à face de queimador 14, ou alguns ou todos os elementos queimadores 20 podem ser angulados para fora a um ângulo Y menor ou igual a cerca de 45° a partir do ponto médio da linha em direção a uma das extremidades da linha.

[0086] Em uma modalidade do tipo mostrado nas Figuras 5A(e) e 5B(e), cada elemento queimador 20 tem uma configuração de chama plana, em que tanto o bocal de distribuição seletiva 22 quanto o bocal anular 24 têm uma configuração alongada ou geralmente retangular que tem um eixo geométrico maior de pelo menos 1,5 vezes tão longo quanto um eixo geométrico menor. Esse tipo de queimador de chama plana é descrito em detalhes, por exemplo, no documento no US 5.611.682. No queimador faseado, pelo menos dois bocais em fases 30 estão posicionados adjacentes e espaçados do elemento queimador 20, e são geralmente orientados de modo colinear para definir uma linha que é substancialmente paralela ao eixo geométrico maior do elemento queimador 20. Pelo menos dois elementos queimadores 20 são utilizados nessa configuração.

[0087] Em qualquer das configurações descritas acima nas Figuras 5A e 5B, um esquema de operação seletiva pode ser implantado similar àquele descrito acima para a configuração das Figuras 1A e 1B. Especificamente, em qualquer dado momento, pelo menos um elemento queimador 20 é operado em um estado ativo, em que o fluxo de fluido através de um bocal de distribuição seletiva ativo 22 é maior do que o fluxo de fluido médio através de todos os bocais de distribuição seletiva 22, enquanto pelo menos um queimador 20 é operado no estado passivo, em que o fluxo de fluido através de um bocal de distribuição seletiva passivo 22 é menor do que o fluxo de fluido médio através de todos os bocais de distribuição seletiva 22.

[0088] Conforme mostrado na Figura 7 e na Figura 15, um ou mais queimadores 10 ou 11 podem ser montados no teto de um forno 200 (instalação de modo vertical) ou em uma parede lateral de um forno 200 (instalação horizontal). Em uma instalação vertical, os elementos queimadores 20 estão preferencialmente dispostos em uma configuração tal como na Figura 5A(a), ou na Figura 5B(a), ou na Figura 5A(b) ou na Figura 5B(b), para fornecer fluxo de calor ideal para a carga enquanto evitar o superaquecimento do bloco de queimador. Por exemplo, conforme discutido acima, os elementos queimadores 20 podem ser orientados para um ângulo radialmente para fora a partir do círculo circunscrito definido pelos elementos queimadores 20, e que envolve o bocal em fases 30 no queimador faseado 10 (Figura 5A(a)). Alternativamente, os elementos queimadores 20 podem ser orientados em uma configuração em vórtice (angulados tangencialmente ao círculo circunscrito) (Figura 5A(b) ou Figura 5B(b)). Em uma configuração horizontal, os elementos queimadores 20 podem estar dispostos em qualquer matriz e, em particular, podem estar dispostos como em qualquer uma das Figuras 5A(c) a 5A(e) ou Figuras 5B(c) a 5B(e) dependendo da geometria do forno. Além disso, múltiplas fileiras de elementos colineares podem ser usadas, em particular em um queimador não faseado 11, conforme mostrado na Figura 5B(f).

[0089] Conforme mostrado nos dados da Figura 8, o queimador faseado 10 exibe emissões de NOx reduzidas em comparação aos queimadores de oxi-combustível convencionais. Observa-se que a escala da Figura 8 é relativa, normalizada para o NOx de pico de um queimador de oxi-combustível convencional. Quando o queimador 10 é operado seletivamente conforme descrito no presente documento em um modo luminoso (isto é, com um bocal de distribuição seletiva de baixo fator de formato 22), as emissões de NOx de pico são somente de cerca de 40% das emitidas por um queimador de oxi- combustível convencional. Quando o queimador faseado 10 é operado seletivamente conforme descrito acima no presente documento em um modo não luminoso (isto é, com um bocal de distribuição seletiva de alto fator de formato 22), as emissões de NOx de pico são ainda mais baixas, somente cerca de 35% das emitidas por um queimador de oxi- combustível convencional. Em ambos os casos, o queimador faseado 10 foi operado com combustível como o fluido distribuído e com oxidante como o fluido faseado. Sem se ater à teoria, esse resultado surpreendente é pensado para ser um resultado da natureza altamente faseada da combustão produzida pelo queimador 10, que resulta em uma primeira zona de chama rica em combustível que produz baixo NOx devido à disponibilidade limitada de oxigênio, e uma segunda zona de chama escassa de combustível que produz baixo NOx devido a suas temperaturas de combustão.

[0090] O queimador faseado auxiliar seletivo 10 ou o queimador não faseado 11 pode incluir uma combinação de dois ou mais elemen- tos queimadores 20 colocalizados (em um ou mais alojamentos) ou posicionados em localizações diferentes (em dois ou mais alojamentos separados) no forno 100 e operados de uma maneira auxiliar seletiva conforme descrito no presente documento, e serem usados para fornecer de modo eficaz aquecimento auxiliar a um forno regenerativo enquanto mantêm emissões de NOx relativamente baixas no gás de combustão.

[0091] Em geral, retardar a mistura entre o ar, o oxigênio e o combustível pode reduzir as temperaturas de chama localizadas (pico) e, assim, reduzir o potencial para geração de NOx. Uma forma de conseguir um atraso é a separação espacial de ar, oxigênio e combustível, pelo menos quando introduzidos no forno. Em outras palavras, a instalação de queimadores de oxi-combustível separados dos queimadores de ar-combustível tende a ter um potencial de NOx mais baixo do que enriquecimento com oxigênio geral (isto é, o uso de um ar enriquecido com oxigênio em um queimador de ar-combustível e oxi-combustível único), visto que o enriquecimento com oxigênio geral tende a ter uma mistura mais íntima de oxigênio e ar.

[0092] Entretanto, o grau de separação alcançável pode ser cons- trito pela disposição física relativa de queimadores no forno, pela disponibilidade de espaço, necessidade de energia (auxiliar) e outros fatores. Por exemplo, se dois queimadores auxiliares de oxi-combustível 140, 150 são instalados para eliminar o ponto frio 122, conforme mostrado no exemplo comparativo da Figura 10, e esses queimadores auxiliares 140, 150 estão localizados em ambos os lados transversais do forno devido às limitações de espaço, então, cada uma das chamas de oxi-combustível irá tender a interagir com uma correspondente dentre as chamas a partir dos queimadores de porta regeneradora 110, 130 durante cada modo de operação. Mais especificamente, a chama de oxi-combustível 142 do queimador auxiliar 140 irá interagir com a chama de ar-combustível 112 do queimador de primeira porta regeneradora 110 durante o primeiro modo de operação, enquanto a chama de oxi-combustível 152 do queimador auxiliar 150 irá interagir com a chama de ar-combustível 132 do queimador de segunda porta regeneradora 130 durante o segundo modo de operação. Isso não só aumenta o potencial para geração de NOx, cria uma colisão de chamas que pode resultar em estagnação de fluxos de gás de combustão e geração de chaminé que podem superaquecer o teto.

[0093] De modo mais genérico, cada porta regeneradora 110, 130 na parede de extremidade 102 define uma zona de chama 112, 132 respectivamente, de modo que quando a porta regeneradora está operando como um queimador, o combustível e o ar se combinam e a combustão mais intensa ocorre na zona de chama. Para um queimador de porta regeneradora de extremidade de porta 110, essa zona de chama é tipicamente posicionada ao longo de uma região longitudinal em um lado 114 do forno 100 (isto é, a primeira metade do padrão de fluxo em formato de U, antes da curva no U), de modo que a combustão seja mais completa no momento em que os produtos de combustão fazem a curva em U na extremidade distante 120 do forno 100, e o fluxo de retorno 131 do padrão de fluxo em formato de U ao longo de uma região paralela longitudinal no lado oposto 134 do forno 100 seja principalmente de produtos de combustão em seu caminho para serem exauridos a partir da outra porta regeneradora de porta de extremidade 130. Quando as portas regeneradoras 110, 130 comutam, esse padrão de fluxo reverte, mas é de outro modo idêntico, de modo que a zona de chama 132 esteja ao longo de uma região longitudinal em um lado 134 do forno 100, a combustão seja mais completa no momento em que os produtos de combustão fazem a curva em U na extremidade distante 120 e o fluxo de retorno 111 ocorra ao longo de uma região paralela longitudinal no lado oposto 114 do forno 100 no caminho para exaustão dos produtos de combustão a partir da outra porta regeneradora de extremidade 110. Assim, um ponto relativamente frio 122 persiste na extremidade distante 120 do forno 100. Embora o uso de queimadores auxiliares de inflamação contínua 140, 150 fornecerá calor adicional para o ponto frio 122, os queimadores auxiliares 140, 150, cada um, definem sua própria zona de chama. Quando a zona de chama de um dos queimadores auxiliares 140, 150 se sobrepõe ou interage com a zona de chama a partir de ambos os queimadores de porta regeneradora 110, 130, problemas tais como NOx aumentado e superaquecimento localizado podem ocorrer, conforme discutido acima.

[0094] Diversas configurações descritas no presente documento podem aliviar os problemas associados ao exemplo comparativo da Figura 10 enquanto fornece de modo eficaz o calor para reduzir ou eliminar o ponto frio 122 no forno 100.

[0095] Na configuração da Figura 11, um queimador auxiliar seletivo de oxi-combustível 240 é montado na parede de extremidade 120 do forno oposta à parede de extremidade 102 na qual as portas regeneradoras 110, 130 estão localizadas. O queimador auxiliar 240 pode ser configurado em qualquer uma das configurações descritas acima para os queimadores auxiliares 10 e 11, e, em particular, o queimador auxiliar 240 é preferencialmente configurado com pelo menos dois elementos queimadores 20 angulados para fora conforme mostrado, por exemplo, nas Figuras 5B(c) ou 5B(d), ou com pelo menos dois elementos queimadores 20 espaçados lateralmente e direcionados de modo substancialmente perpendicular em relação à parede de extremidade 120. Em ambas as orientações, sejam angulados para fora ou perpendiculares, os elementos queimadores podem ser de qualquer formato. Além disso, em ambas as orientações, os elementos queimadores também podem ser angulados para baixo em direção à carga ou para cima para longe da carga, se desejado. Múltiplas fileiras de elementos queimadores colineares 20 podem ser usadas conforme na Figura 5B(f).

[0096] O queimador auxiliar 240 da Figura 11 tem múltiplas zonas de chama, com uma zona de chama associada a cada elemento queimador 20. Por exemplo, em um queimador auxiliar 240 com dois elementos de chama 20, um elemento queimador 20 é orientado para ter uma zona de chama 242 que inflama em uma região complementar do forno 100 em relação ao queimador de porta regeneradora 110 e, assim, não interage substancialmente com a zona de chama 112 do queimador de porta regeneradora 110. E o outro elemento queimador 20 é orientado para ter uma zona de chama 244 que inflama em uma região complementar do forno 100 em relação ao queimador de porta regeneradora 130 e, assim, não interage substancialmente com a zona de chama 132 do queimador de porta regeneradora 130.

[0097] O controlador 105 é configurado e programado para sincronizar a inflamação ativa/passiva seletiva dos respectivos elementos queimadores 20 no queimador auxiliar 240 com inflamação/exaustão alternada das portas regeneradoras 110, 130. A qualquer dado momento, o controlador 105 primeiro identifica qual porta regeneradora 110, 130 está atualmente em inflamação e qual está atualmente em exaustão. Então, o controlador 105 ajusta ou mantém em um modo ativo os um ou mais elementos queimadores 20 cujas zonas de chama inflamam em regiões complementares do forno em relação à zona de chama da porta regeneradora atualmente em inflamação, e ajusta ou mantém em um modo passivo os um ou mais elementos queimadores 20 cujas zonas de chama podem sobrepor ou interagir com a zona de chama da porta regeneradora atualmente em inflamação.

[0098] Mais especificamente, conforme discutido acima, a taxa de fluxo do reagente proporcionalmente distribuído, o segundo fluido F2, permanece constante no bocal de distribuição proporcional anular 24 de cada elemento queimador 20 enquanto a taxa de fluxo do reagente seletivamente distribuído, o primeiro fluido F1, é modulada para uma taxa de fluxo ativo mais alta através do bocal de distribuição seletiva 22 do pelo menos um elemento queimador 20 designado como ativo e é modulada para uma taxa de fluxo passivo mais baixa através do bocal de distribuição seletiva 22 do pelo menos um elemento queimador 20 designado como passivo. O controlador conduz essa rotina de modo iterativo, de modo que quando a porta regeneradora atualmente em inflamação comuta, os elementos queimadores 20 comutem rapidamente em resposta, com os elementos queimadores anteriormente passivos 20 tipicamente se tornando ativos e os elementos queimadores anteriormente ativos 20 tipicamente se tornando passivos. Entretanto, observa-se que em algumas configurações de forno, um ou mais elementos queimadores 20 podem permanecer ativos continuamente e/ou um ou mais elementos queimadores 20 podem permanecer passivos continuamente, independentemente de qual porta regeneradora está atualmente em inflamação. Por exemplo, em algumas configurações, um elemento queimador particular 20 pode ter uma zona de chama que não se sobrepõe à zona de chama de nenhuma porta regeneradora, enquanto outro elemento queimador particular 20 pode ter uma zona de chama que pode se sobrepor às zonas de chama de ambas as portas regeneradoras.

[0099] Em uma modalidade de uma configuração conforme na Figura 11, o primeiro fluido F1 é combustível e o segundo fluido F2 é oxidante. Preferencialmente, o oxidante é de pelo menos 26% de oxigênio molecular, de pelo menos 40% de oxigênio molecular, de pelo menos 70% de oxigênio molecular, de pelo menos 98% de oxigênio molecular ou é oxigênio puro comercial. Portanto, cada um dos elementos queimadores 20 do queimador auxiliar seletivo 240 que estão em modo ativo operam ricos em combustível (isto é, uma razão de equivalência maior do que 1 e de até cerca de 10) enquanto cada um dos elementos queimadores 20 que estão em modo passivo operam escassos de combustível (isto é, uma razão de equivalência menor do que 1 e até cerca de 0,2). Consequentemente, os produtos de combustão que deixam a zona de chama da porta regeneradora de inflamação irão primeiro interagir com uma zona de chama escassa de combustível de baixo momento a partir dos um ou mais elementos queimadores passivos 20 que se dirigem para uma curva em U e, então, com uma zona de chama rica em combustível de alto momento a partir dos um ou mais elementos queimadores ativos 20 após a passagem através da curva em U. Essa sequência de combustão escassa e, depois, rica evita a estequiometria de produção de NOx de pico enquanto ainda entrega calor de combustão significativo para o ponto frio 122 na extremidade distante 120 do forno 100.

[00100] A modalidade da Figura 12 é operada essencialmente da mesma forma que a modalidade da Figura 11, exceto que os elementos queimadores 20 do queimador auxiliar 240 podem ser montados em dois alojamentos separados 248, 250 com pelo menos um elemento queimador 20 em cada alojamento 248, 250, em vez de em um alojamento comum como na Figura 11. Os elementos queimadores 20 são de outro modo operados da mesma maneira que na modalidade da Figura 11.

[00101] As Figuras 13 e 14 mostram uma aplicação alternativa de um queimador auxiliar seletivo 240 em um forno regenerativo 100 que tem portas regeneradoras de parede lateral angulada 310, 330 posicionadas próximas a uma parede de extremidade 102 do forno 100. A porta regeneradora 110 é posicionada na parede lateral 114 e a porta regeneradora 130 é posicionada na parede lateral 134. As chamas de ar-combustível 312, 332 das respectivas portas regeneradoras 310, 330 são direcionadas, em geral, diagonalmente através do forno 100, com a chama 312 da porta regeneradora 310 se estendendo a um ângulo que tem um componente axial em direção à parede de extremidade distante 120 e um componente transversal em direção à parede lateral oposta 114, e a chama 112 da porta regeneradora 110 se estendendo a um ângulo que tem um componente axial em direção à parede de extremidade distante 120 e um componente transversal em direção à parede lateral oposta 134.

[00102] Na configuração das Figuras 13 e 14, um queimador auxiliar seletivo de oxi-combustível 240 é montado na parede de extremidade 120, em um alojamento único que contém todos os elementos queimadores 20 (Figura 13) ou em dois alojamentos separados 248, 250 em que cada um contém pelo menos um elemento queimador 20 (Figura 14). Conforme nas configurações das Figuras 11 e 12, o queimador auxiliar 240 pode ser configurado em qualquer uma das configurações descritas acima para os queimadores auxiliares 10 e 11 e, em particular, o queimador auxiliar 240 é preferencialmente configurado com pelo menos dois elementos queimadores 20 angulados para fora conforme mostrado, por exemplo, nas Figuras 5B(c) ou 5B(d), ou com pelo menos dois elementos queimadores 20 espaçados lateral-mente e direcionados de modo substancialmente perpendicular em relação à parede de extremidade 120. Em ambas as orientações, sejam angulados para fora ou perpendiculares, os elementos queimadores podem ser de qualquer formato. Além disso, em ambas as orientações, os elementos queimadores também podem ser angulados para baixo em direção à carga ou para cima para longe da carga, se desejado. Múltiplas fileiras de elementos queimadores colineares 20 podem ser usadas conforme na Figura 5B(f).

[00103] Os queimadores auxiliares 240 das Figuras 13 e 14, cada um, têm múltiplas zonas de chama, com uma zona de chama associa- da a cada elemento queimador 20. Por exemplo, em um queimador auxiliar 240 com dois elementos de chama 20, um elemento queimador 20 é orientado para ter uma zona de chama 242 que inflama em uma região complementar do forno 100 em relação ao queimador de porta regeneradora 110 e, assim, não interage substancialmente com a zona de chama 112 do queimador de porta regeneradora 110. E o outro elemento queimador 20 é orientado para ter uma zona de chama 244 que inflama em uma região complementar do forno 100 em relação ao queimador de porta regeneradora 130 e, assim, não interage substancialmente com a zona de chama 132 do queimador de porta regeneradora 130.

[00104] O controlador 105 é configurado e programado para sincronizar a inflamação ativa/passiva seletiva dos respectivos elementos queimadores 20 no queimador auxiliar 240 com inflamação/exaustão alternada das portas regeneradoras 110, 130. A qualquer dado momento, o controlador 105 primeiro identifica qual porta regeneradora 110, 130 está atualmente em inflamação e qual está atualmente em exaustão. Então, o controlador 105 ajusta ou mantém em um modo ativo os um ou mais elementos queimadores 20 cujas zonas de chama inflamam em regiões complementares do forno em relação à zona de chama da porta regeneradora atualmente em inflamação, e ajusta ou mantém em um modo passivo os um ou mais elementos queimadores 20 cujas zonas de chama podem sobrepor ou interagir com a zona de chama da porta regeneradora atualmente em inflamação.

[00105] De modo similar à configuração de forno discutida em referência às Figuras 11 e 12, o forno 100 nas Figuras 13, 14 e 15 tem um ponto frio 122 próximo à parede de extremidade distante 120. Além disso, um ponto frio secundário 121 pode existir próximo à parede de extremidade próxima 102 em uma região que não recebe um fluxo de produtos de combustão dos queimadores de porta regeneradora 110, 130. Embora as configurações das Figuras 13 e 14 não tenham capacidade para solucionar de modo eficaz o ponto frio secundário 121, um queimador montado no teto como na Figura 15 pode simultaneamente aquecer ou abastecer combustão de oxi-combustível para ambos os pontos frios 121, 122. Para a aplicação montada no teto da Figura 15, um queimador auxiliar 240 como na Figura 1A ou 1B é uma disposição preferencial.

[00106] A presente invenção não deve ter seu escopo limitado pelos aspectos ou modalidades específicas reveladas nos exemplos que se destinam, como ilustrações de alguns aspectos da invenção e quaisquer modalidades que sejam funcionalmente equivalentes estão dentro do escopo desta invenção. Várias modificações da invenção em adição às mostradas e descritas no presente documento irão se tornar evidentes para as pessoas versadas na técnica e são concebidas para se encaixarem no escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Queimador auxiliar de oxi-combustível (10,11) para um forno regenerativo (100) que tem um par de portas regeneradoras (110,130) configuradas para, alternadamente, inflamar e exaurir o forno (100), o queimador auxiliar (100) caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos dois elementos queimadores (20), em que pelo menos um dos elementos queimadores (20) corresponde a cada uma das portas regeneradoras (110, 130) de modo que uma porta regeneradora (110, 130) e seu pelo menos um elemento queimador correspondente (20) estejam posicionados para inflamar em regiões complementares do forno (100), em que cada elemento queimador (20) compreende: um bocal de distribuição seletiva (22) configurado para fluir um primeiro reagente; e um bocal de distribuição proporcional (24) configurado para fluir um segundo reagente; e um controlador (105) programado para: identificar qual porta regeneradora (110,130) está atualmente em inflamação e qual porta regeneradora (110,130) está atualmente em exaustão; controlar o segundo fluxo de reagente a ser distribuído de modo substancialmente proporcional para os bocais de distribuição proporcional (24); e controlar independentemente o primeiro fluxo de reagente para cada bocal de distribuição seletiva (22) de modo que o pelo menos um elemento queimador (20) que corresponde à porta regeneradora atualmente em inflamação (110,130) esteja ativo e o pelo menos um elemento queimador que corresponde à porta regeneradora atualmente em exaustão (110,130) esteja passivo, em que o primeiro fluxo de reagente no bocal de distribuição seletiva (22) de um elemento queimador ativo é maior do que um primeiro fluxo médio de reagente para os bocais de distribuição seletiva (22) e o primeiro fluxo de reagente no bocal de distribuição seletiva (22) de um elemento queimador passivo é menor do que o primeiro fluxo médio de reagente para os bocais de distribuição seletiva (22); em que o segundo reagente é distribuído de modo substancialmente proporcional para os bocais de distribuição proporcional (24); e em que o primeiro reagente é um dentre um combustível e um oxidante e em que o segundo reagente é o outro dentre um combustível e um oxidante.

2. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o bocal de distribuição proporcional (24) é um bocal anular que circunda o bocal de distribuição seletiva (22).

3. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro reagente é um combustível e o segundo reagente é um oxidante.

4. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: pelo menos um bocal em fases (30) espaçado de cada um dos elementos queimadores (20) e configurado para fluir um oxidante secundário; em que o controlador (105) é programado ainda para controlar uma razão de fase para ser menor ou igual a cerca de 75%, em que a razão de fase é a razão entre o oxigênio contido no fluxo de oxidante secundário e a soma do oxidante que fluiu através dos bocais de distribuição proporcional (24) e do bocal em fases (30).

5. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as portas regeneradoras (110,130) são montadas em uma parede de extremidade (102) do forno (100), e em que o queimador auxiliar (10,11) é montado em uma parede de extremidade oposta (120) do forno (100).

6. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as portas regeneradoras (110,130) são posicionadas em paredes laterais opostas (114,134) próximas a uma parede de extremidade (102) do forno (100) em que cada porta regeneradora (110,130) é não perpendicular à sua respectiva parede lateral (114,134), e em que o queimador auxiliar (10,11) é montado em uma parede de extremidade oposta do forno (100).

7. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as portas regeneradoras (100) são posicionadas em paredes laterais opostas (114,134) próximas a uma parede de extremidade (102) do forno (100), em que cada porta regeneradora é não perpendicular à sua respectiva parede lateral (114, 134), e em que o queimador auxiliar (10,11) é montado em um teto do forno (100).

8. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos queimadores (20) estão montados no mesmo alojamento.

9. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos elementos queimadores (20) é montado em um alojamento separado de pelo menos um outro dentre os elementos queimadores (20).

10. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (105) é programado para controlar o primeiro fluxo de reagente para um bocal de distribuição seletiva passivo (22) para ser maior do que zero e menor ou igual à metade da primeira taxa de fluxo de reagente de um bocal de distribuição seletiva ativo (22).

11. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o oxidante que flui através dos elementos queimadores (20) tem uma concentração de oxigênio igual ou maior do que cerca de 23%.

12. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o bocal de distribuição seletiva (22) de um elemento queimador ativo (20) tem uma taxa de fluxo de jato ativa e em que o bocal de distribuição seletiva (22) de um elemento queimador passivo (20) tem uma taxa de fluxo de jato passiva; e em que o controlador (105) é programado para controlar a razão entre a taxa de fluxo de jato ativa e a taxa de fluxo de jato passiva para ser de cerca de 5 a cerca de 40.

13. Queimador auxiliar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um elemento queimador passivo (20) tem uma razão de equivalência de cerca de 0,2 a cerca de 1, e em que um elemento queimador ativo (20) tem uma razão de equivalência de cerca de 1 a cerca de 10, em que a razão de equivalência é a razão entre o fluxo de oxidante estequiométrico teórico exigido para queimar o fluxo de combustível real através do elemento queimador (20) e o fluxo de oxidante real através do elemento queimador (20).

14. Forno regenerativo que tem primeira e segunda paredes de extremidade primeira e segunda paredes laterais que unem as paredes de extremidade, um teto e uma câmara delimitada pelas paredes de extremidade, pelas paredes laterais e pelo teto, o forno caracterizado pelo fato de que compreende: um par de portas regeneradoras configurado para, alternadamente, inflamar e exaurir a câmara, em que cada porta regeneradora define uma zona de chama que se estende para a câmara a partir da dita porta regeneradora; um queimador auxiliar de oxigênio que compreende pelo menos dois elementos queimadores, sendo que cada elemento queimador define uma zona de chama que se estende para a câmara a partir do dito elemento queimador, de modo que pelo menos um elemento queimador defina uma zona de chama que não se sobreponha substancialmente à zona de chama definida por cada uma das portas regeneradoras, em que cada elemento queimador compreende: um bocal de distribuição seletiva configurado para fluir um primeiro reagente; e um bocal de distribuição proporcional configurado para fluir um segundo reagente; e um controlador programado para: identificar qual porta regeneradora está atualmente em inflamação e qual porta regeneradora está atualmente em exaustão; designar como ativo o pelo menos um elemento queimador que tem uma zona de chama que não se sobrepõe substancialmente à zona de chama da porta regeneradora atualmente em inflamação e para designar como passivos os elementos queimadores restantes; e controlar independentemente o primeiro fluxo de reagente para o bocal de distribuição seletiva de cada elemento queimador ativo para ser maior do que um primeiro fluxo médio de reagente para os bocais de distribuição seletiva e o primeiro fluxo de reagente para o bocal de distribuição seletiva de cada elemento queimador passivo para ser menor do que o primeiro fluxo médio de reagente para os bocais de distribuição seletiva; em que o segundo reagente é distribuído de modo substancialmente proporcional para os bocais de distribuição proporcional; e em que o primeiro reagente é um dentre um combustível e um oxidante e em que o segundo reagente é o outro dentre um combustível e um oxidante.

15. Método para operar um queimador auxiliar (10,11) em um forno regenerativo (100) que tem um par de portas regeneradoras (110,130) configuradas para, alternadamente, inflamar e exaurir o forno (100), em que o queimador (10,11) tem pelo menos dois elementos queimadores (20) sendo que cada um compreende um bocal de distribuição seletiva (22) próximo a um bocal de distribuição proporcional (24), em que o queimador (10,11) tem ainda um controlador programado (105) para controlar independentemente o primeiro fluxo de reagente para o bocal de distribuição seletiva de cada elemento queimador (20), o método caracterizado pelo fato de que compreende: fluir um segundo reagente a uma segunda taxa de fluxo de reagente através de cada um dos bocais de distribuição proporcional (24); identificar qual porta regeneradora (110,130) está atualmente em inflamação e qual porta regeneradora (110,130) está atualmente em exaustão; selecionar pelo menos um dos bocais de distribuição seletiva (22) para ser ativo e pelo menos um dos bocais de distribuição seletiva (22) para ser passivo, em que o pelo menos um bocal de distribuição ativo (22) tem uma zona de chama que é complementar a uma zona de chama da porta regeneradora (110,130) atualmente em inflamação; fluir o segundo reagente de modo substancialmente proporcional para cada um dos bocais de distribuição proporcional (24); fluir o primeiro reagente a uma taxa de fluxo de jato ativa através do pelo menos um bocal de distribuição seletiva ativo (22); e fluir o primeiro reagente a uma taxa de fluxo de jato passiva através do pelo menos um bocal de distribuição seletiva passivo (22); em que a taxa de fluxo de jato ativa é maior do que uma taxa de fluxo média através dos bocais de distribuição seletiva (22) e a taxa de fluxo de jato passiva é menor do que a taxa de fluxo média através dos bocais de distribuição seletiva (22); e em que o primeiro reagente é um dentre um combustível e um oxidante e em que o segundo reagente é o outro dentre um combustível e um oxidante.