BR102018009803B1

BR102018009803B1 - Método para aquecer um forno e forno de aquecimento

Info

Publication number: BR102018009803B1
Application number: BR102018009803-9A
Authority: BR
Inventors: Ola Ritzen; David Muren; Tomas Ekman
Original assignee: Linde Aktiengesellschaft
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2023-04-11
Also published as: HUE046860T2; CN109059535A; KR102504732B1; US10746402B2; EP3412999B1; RU2018120686A3; UA124878C2; KR20180133339A; ES2770856T3; EP3412999A1; US20180347813A1; MY188633A; BR102018009803A2; RU2756280C2; RU2018120686A; CN109059535B; PL3412999T3

Abstract

A presente invenção refere-se a um método foaoi aquecer um forno (100), disposto com uma zona de aquecimento (120) aquecida utilizando um queimador (122) que provê uma chama que se estende em uma direção longitudinal (D) e alimentada com um combustível e um oxidante primário. A invenção é caracterizada por o queimador ser operado com uma relação de massa entre o combustível alimentado e o oxidante primário, permitindo que menos de 50% do combustível alimentado seja queimado utilizando o oxidante primário, em que um respectivo par de lanças oxidantes secundárias (151, 152; 153, 154) é provido de cada lado do forno apontando para a zona de aquecimento, lançando um oxidante secundário na zona de aquecimento a jusante do referido queimador, substancialmente em paralelo com um plano transversal (C), em que a temperatura é medida a jusante das referidas lanças, em que cada um dos pares de lança compreende uma primeira lança a montante à baixa velocidade e a uma segunda a jusante à alta velocidade, e em que a quantidade de oxidante secundário fornecida através da primeira lança é regulada para se obter um perfil de temperatura lateral homogêneo. A invenção também se refere a um forno.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método e a um dispositivo para o aquecimento de um forno. Em particular, a invenção refere- se a fornos contínuos disparados longitudinalmente para reaquecimento de material metálico, tais como aços diferentes.

[002] Em muitos fornos de reaquecimento operados continuamente, a lança de alta velocidade de um oxidante é usada, por exemplo, para aumentar a homogeneidade térmica no forno. Alguns desses fornos são disparados longitudinalmente, o que aqui pretende significar que pelo menos um queimador de combustão está disposto de modo que uma chama associada se propaga substancialmente em uma direção longitudinal de uma zona de aquecimento do forno em questão.

[003] Em particular, em aplicações de lancetagem disparada longitudinal para combustão sem chama de baixa emissão de NOx, na qual a lança de alta velocidade de um oxidante de um local de lancetagem que é separado de uma entrada de combustível, o calor resultante da combustão de tal combustível pode ser transportado para relativamente longe a jusante para a entrada da zona de aquecimento em questão, resultando em gases expelidos de alta temperatura saindo da zona de aquecimento. Isso resulta em perdas térmicas.

[004] A presente invenção resolve os problemas acima descritos, em particular para fornos que foram convertidos para lancetas oxidantes primárias de alta velocidade, em particular para fornos nos quais o oxidante primário é lançado de um local que é separado de uma entrada de combustível primária correspondente (injeção de combustível separada), tal como com uma separação de pelo menos 50 cm.

[005] Em particular, a invenção resolve estes problemas no caso de um forno com pelo menos um queimador de ar de disparo longitudinal que tenha sido suplementado com pelo menos uma lança oxidante de alta velocidade e alto teor de oxigênio.

[006] Portanto, a invenção refere-se a um método para aquecer um forno com uma direção e um plano transversal que é perpendicular à direção longitudinal, cujo forno está disposto com pelo menos uma zona de aquecimento que é aquecida utilizando pelo menos um queimador que provê uma chama que se estende na referida direção longitudinal, que o queimador é alimentado com um combustível e um oxidante primário, caracterizado pelo fato de o queimador ser operado com uma relação de massa entre o combustível alimentado e o oxidante primário permitindo que menos de 90% do combustível alimentado seja queimado usando o oxidante primário, em que pelo menos dois pares de lanças oxidantes secundárias são providas, um par de cada lado do forno apontando para a zona de aquecimento, lançando um oxidante secundário dentro da referida zona de aquecimento a jusante do referido queimador, substancialmente em paralelo com o plano transversal, em que a temperatura é medida ao longo de uma linha horizontal paralela ao referido plano transversal a jusante das referidas lanças, em que cada um dos referidos pares de lanças compreende uma primeira lança e uma respectiva segunda lança, cuja segunda lança está disposta a jusante da primeira lança em questão, em que a primeira lança em cada par de lança é operada a uma velocidade de lancetagem mais baixa do que a segunda lança em cada par de lanças, e em que a quantidade de oxidante secundário fornecida através da respectiva primeira lança de cada par é regulada de modo a obter um perfil de temperatura homogêneo ao longo da referida linha.

[007] A seguir, a invenção será descrita em detalhe, com referência a exemplos de modalidades da invenção e aos desenhos anexos, em que: a figura 1 é uma vista simplificada de um forno com um sistema de aquecimento de acordo com a presente invenção, o qual está disposto para executar um método de acordo com a invenção, em uma vista lateral; a figura 2 é uma vista superior simplificada do forno mostrado na figura 1; a figura 3 é uma vista simplificada em detalhe de uma lança de oxidante secundário, de acordo com a presente invenção; e a figura 4 é um fluxograma que ilustra um método de acordo com a invenção.

[008] As figuras 1 e 2 compartilham os mesmos números de referência para as partes iguais ou correspondentes.

[009] Assim, as figuras 1 e 2 mostram um forno industrial 100 possuindo uma direção longitudinal D e um plano transversal C que é perpendicular à direção longitudinal D. O forno 100 compreende, de preferência, várias zonas de aquecimento 110, 120, 130, 140, através das quais um material metálico 104 é transportado, de preferência na direção longitudinal D, pelo que o material 104 é aquecido a caminho de uma porta de entrada 101 para uma porta de saída 102. De preferência, uma zona escura 110 é disposta perto da porta de entrada 101, cuja zona escura 110 não é diretamente aquecida utilizando quaisquer queimadores aí dispostos.

[0010] De preferência, o forno 100 é um forno de reaquecimento contínuo, e o material 104 é de preferência um material metálico, tal como aço. Em geral, o material 104 é preferencialmente aquecido a temperaturas acima de 1 000°C.

[0011] O forno 100 compreende várias zonas de aquecimento 110, 120, 130, 140. De acordo com a invenção, o forno 100 está disposto com pelo menos uma zona de aquecimento que é aquecida usando pelo menos um queimador provendo uma chama que se estende na direção longitudinal D, e cujo queimador é alimentado com um combustível e um oxidante primário. Nas figuras, as zonas 120 e 130 representam essas zonas, que são aquecidas utilizando os queimadores 122, 132, que são disparados longitudinalmente, como explicado acima, de modo que as suas respectivas chamas se propagam nas respectivas direções 122a, 132a, substancialmente na direção longitudinal D, de preferência em um contrafluxo em relação à direção do movimento do material aquecido 104. A zona 120 não é, portanto, uma zona escura.

[0012] Nota-se que cada zona 110, 120, 130, 140 em geral compreende ambas as zonas superior e inferior. 121 denota um defletor disposto para delimitar a zona 110 da zona 120.

[0013] O combustível pode ser um combustível gasoso, líquido ou sólido. O oxidante primário pode ser ar ou qualquer outro oxidante. De preferência, pelo menos um dos referidos queimadores longitudinais 122 utilizados para aquecer as ou aquelas zonas de aquecimento 120 nas quais a presente invenção é aplicada (no exemplo mostrado nas figuras 1 e 2 apenas na zona 120) é ou foi convertido para suplemen- tação de oxidante com elevado teor de oxigênio, por uma respectiva lança de oxidante primário separado 124 (vide figuras 2) sendo instalada a uma distância do respectivo queimador 122 em questão, tal como pelo menos 50 cm da entrada de combustível do queimador 122, alimentada com o oxidante primário do dispositivo de controle 160 através da linha 165. O oxidante primário lançado, formando um jato 124a substancialmente em uma direção a jusante na direção longitudinal D, pode preferencialmente ser o único oxidante primário utilizado, no entanto, pode também ser utilizado em adição ao oxidante primário que é fornecido através do próprio queimador 122. O oxidante primário lançado é de preferência alimentado em grande velocidade, pelo menos a 1 Mach. Isto provê uma eficiência térmica muito elevada e uma baixa formação de NOx, em particular no caso de o oxidante primário lançado compreender pelo menos 85% em peso, ou ainda mais preferencialmente oxigênio industrialmente puro.

[0014] É preferível que cada um dos queimadores 122 assim suplementados usando uma respectiva lança de oxidante primário 124 seja um queimador existente 122, de preferência um queimador de ar, que é retroadaptado pela referida lança 124, durante cuja retroadaptação algum ou todo o oxidante primário (portanto, de preferência sob a forma de ar) é substituído pelo oxidante primário lançado descrito.

[0015] Como se vê na figura 2, os queimadores 122 são direcionados de modo que as suas chamas sejam direcionadas um pouco para baixo. Contudo, o respectivo componente horizontal das suas respectivas chamas é de preferência substancialmente paralelo à direção longitudinal D.

[0016] A presente invenção resolve problemas ao operar um forno 100, em particular com tais queimadores disparados longitudinalmente com injeção de combustível deslocada que são do tipo de lanceta de oxidante primário de elevado teor de oxigênio de alta velocidade descrito, em que o oxidante primário é lançado a uma distância do queimador 122 em questão.

[0017] De acordo com a invenção, o queimador 122 em questão é operado com uma relação de massa entre o combustível alimentado e o oxidante primário, independentemente de se o oxidante primário é provido através do queimador 122 e/ou através de uma lança separada 124, permitindo que menos de 90%, de preferência menos de 50%, preferencialmente cerca de 25%, tal como entre 20% e 40%, do combustível alimentado seja queimado utilizando o oxidante primário. Em outras palavras, a mistura de combustão provida através dos queimadores 122 é subestequiométrica. Preferivelmente, a atmosfera do forno em uma subzona A1 imediatamente a jusante dos queimadores 122 subestequiométrica, de preferência de modo que pelo menos 100% mais oxigênio do que o disponível sejam necessários para a combustão estequiométrica do combustível queimável durante o funcionamento do forno 100.

[0018] De acordo com a invenção, dois pares 151, 152; 153, 154 de lanças oxidantes secundárias são providas, um par em cada lado lateral do forno 100 e apontando para a zona de aquecimento 120 em questão, na qual a zona de aquecimento 120 está disposta no queimador 122 existente acima descrito. As lanças oxidantes secundárias estão dispostas de forma a lançar um oxidante secundário na zona de forno 120 em uma localização a jusante do queimador 120, de modo que um respectivo jato de oxidante secundário 155 seja direcionado substancialmente em paralelo com o plano transversal C. É preferido que os jatos de oxidante secundário 155 sejam direcionados substancialmente perpendicularmente para a chama do queimador 122, pelo menos como visto em uma projeção no plano horizontal.

[0019] De um modo preferido, as lanças 151, 152, 153, 154 estão dispostas acima do material 104 a ser aquecido, em uma zona superior, e estão de preferência dispostas para prover as suas respectivas chamas também acima do material 104 a ser aquecido.

[0020] Ainda de acordo com a invenção, a temperatura da atmosfera do forno 100 é medida ao longo de uma linha horizontal paralela ao referido plano transversal C, a jusante das referidas lanças 151, 152, 153, 154. Na figura 2, três sensores de temperatura ilustrativos 168a, 168b, 168c são mostrados ao longo de tal linha imaginária, cada um relatando os respectivos valores de medição para um dispositivo de controle 160. Os sensores 168a, 168b, 168c são, de preferência simetricamente dispostos ao longo da referida linha horizontal e, de preferência, compreendendo um sensor 168a, 168c em cada lado lateral da zona aquecida 120, de preferência disposto para medir a temperatura em uma borda lateral do material aquecido 104 e pelo menos um sensor 168b disposto de modo a medir a temperatura entre, preferivelmente no centro lateral ou perto da zona 120 ao longo da referida linha horizontal.

[0021] De acordo com a invenção, cada um dos pares de lanças 151, 152; 153, 154 compreende uma primeira lança 152; 154 e uma segunda lança 151; 153. Cada respectiva segunda lança 151; 153 está disposta a jusante, por outras palavras ao longo da direção longitudinal D, mas ao longo da direção geral do fluxo dos gases da atmosfera do forno na zona 120, da primeira lança correspondente 152; 154. Além disso, a primeira lança 152; 154 em cada par de lanças é operado a uma velocidade de lancetagem mais baixa do que a segunda lança 151; 153 em cada par de lança, e a quantidade de oxidante secundário fornecida através da respectiva primeira lança 152; 154 de cada par é regulada, tal como baseado em valores de medição dos sensores 168a, 168b, 168c, de modo a alcançar um perfil homogêneo de temperatura ao longo da referida linha horizontal.

[0022] Em outras palavras, o queimador disparado longitudinalmente 122 é operado subestequiometricamente, e adicionalmente, o oxidante secundário é fornecido através das lanças 151 a 154, cujo oxidante secundário é fornecido a partir dos lados do forno lateral, em uma respectiva direção que é perpendicular ao fluxo de gás geral que origina do queimador 122. As primeiras lanças de velocidade relativamente baixa 152, 154 são adequadas para controle de temperatura lateral, enquanto as segundas lanças de velocidade relativamente elevada 151, 153 provêm tanto da homogeneidade de temperatura lateral como da combustão difusa. Essa combustão difusa provê baixa formação de NOx. Assim, tal configuração provê a possibilidade de controlar com precisão a temperatura lateral na zona de aquecimento 120 enquanto ainda opera a zona 120 em alta eficiência e baixa formação de NOx. Em particular, isto pode ser conseguido utilizando uma zona de aquecimento equipada padrão 120 que pode ser adaptada com as lanças 124,151, 152,153, 154, juntamente com o dispositivo de controle 160, a um custo relativamente baixo. Devido às segundas lanças de alta velocidade 151; 153, o oxidante secundário injetado através das primeiras lanças de velocidade mais baixa, 152; 154 não adere ao lado do forno (devido ao efeito Coanda), o que leva ao risco de sobreaquecer as bordas laterais do material 104, que diminuem ainda mais.

[0023] Além disso, uma vez que a combustão é subestequiométrica perto do queimador 122, onde o material 104 é mais quente, a formação de óxido na superfície do material 104 também é diminuída.

[0024] Além disso, o material 104 será aquecido a partir de um ponto anterior no forno, sem que quaisquer queimadores separados adicionais sejam instalados nesse ponto de aquecimento. Na prática, isto provou ser difícil de conseguir com uma solução de lancetagem mais simples, uma vez que isto normalmente leva a distribuições de temperatura não homogêneas.

[0025] As lanças 151, 152, 153, 154 são de preferência dispostas no lado do forno 100, em oposição ao seu teto ou chão.

[0026] De acordo com uma modalidade preferida, o comprimento longitudinal da zona de aquecimento, que a presente invenção é aplicada, está entre 5 e 15 metros, e a largura lateral da zona de aquecimento 120 é de preferência pelo menos 4 metros, mais preferivelmente pelo menos 8 metros. Em uma tal zona de aquecimento 120, as vantagens da presente invenção são mais expressas.

[0027] O oxidante secundário, como fornecido pelas lanças 151, 152, 153, 154, representa pelo menos 50% em peso, de preferência pelo menos 65% em peso, mais preferencialmente pelo menos 70% em peso do total de oxidantes primários e secundários fornecidos. Além disso, o oxidante secundário compreende de preferência pelo menos 85% em peso de oxigênio, e é ainda mais preferencialmente oxigênio industrialmente puro. Isso provê uma combustão de muito alta eficiência, enquanto ainda alcançar as outras vantagens mencionadas da presente invenção.

[0028] Ainda preferivelmente, para cada par de lanças 151, 152; 153, 154, a respectiva segunda lança 151; 153 é operada a uma velocidade de lancetagem que é pelo menos 2 vezes, de preferência pelo menos 4 vezes, mais preferencialmente pelo menos 8 vezes, a velocidade de lancetagem da respectiva primeira lança 152; 154. Especificamente, a respectiva segunda lança 151; 153 é preferivelmente disposta para fornecer um jato de oxidante secundário lançado com uma velocidade de pelo menos 1,0 Mach, mais preferencialmente pelo menos 1,2 Mach, ainda mais preferivelmente pelo menos 1,3 Mach. As primeiras lanças 152; 154 proveem, de preferência, um jato de oxidante secundário respectivo com uma velocidade de menos 50 m/s.

[0029] De acordo com uma modalidade preferida, que é ilustrada na figura 2, para cada par de lanças 151, 152; 153, 154, as primeira 152; 154 e segunda 151; 153 lanças compartilham um fornecimento de oxidante secundário comum 166, que é disposto para fornecer oxidante secundário para o dispositivo de controle 160 através de uma linha 167. A partir do dispositivo de controle 160, as respectivas linhas 161, 162, 163, 164 encaminham o oxidante secundário para as lanças 151, 152, 153, 154.

[0030] De preferência, um respectivo bocal de cada orifício da primeira lança 152; 154 é maior que um bocal da segunda lança correspondente 151; 153, de modo que o oxidante secundário é fornecido em pressão inferior das primeiras lanças 152; 154 do que das segundas lanças 151; 153 caso a mesma pressão prevaleça nas linhas 161 e 162 e nas linhas 163 e 164, respectivamente. Isto pode preferivelmente ser o caso quando não é aplicada regulação de pressão controlável ou regulável dinamicamente em relação às lanças 151, 152, 153, 154. Por exemplo, as primeiras lanças 152; 154 podem ter bocais com um diâmetro interno de 28 a 30 mm, enquanto as segundas lanças 151; 153 podem ter bocais de lavagem de cerca de 16 mm de diâmetro interno. Em geral, os bocais das primeiras lanças 152; 154 podem ter diâmetros internos que são 50% a 150% maiores do que os diâmetros internos dos bocais da segunda lança 151; 153.

[0031] Em particular, é preferido que, para cada par de lanças 151, 152; 153, 154, o respectivo orifício do bocal da primeira lança 152; 154 seja selecionado de modo a permitir que seja fornecida uma quantidade de oxidante secundário, utilizando o fornecimento de oxidante secundário comum 166 e através da primeira lança 152; 154 em questão, quando nenhuma regulação dinamicamente controlável ou ajustável é aplicada em relação à primeira lança 152; 154 em questão, de modo a conseguir um certo aquecimento de uma parte do lado lateral da zona de aquecimento 120, cuja parte lateral está localizada na proximidade do orifício da primeira lança 152; 154 em questão quando o queimador 122 está ativo. De preferência, o referido aquecimento específico é pelo menos tão intenso, de modo que uma temperatura máxima predeterminada, acima da qual o material 104 não é para ser aquecido no forno 100, é alcançada na borda lateral do material 104 durante a sua passagem através da zona de aquecimento 120, e de preferência ainda mais intensa.

[0032] Então, uma regulação, realizada pelo dispositivo de controle 160 durante a operação de aquecimento e utilizando meios de válvula adequados ou semelhantes, do oxidante secundário fornecido à respectiva primeira lança 152; 154 em cada par 151, 152; 153, 154 é operável para regular para baixo a quantidade de oxidante secundário fornecida através da respectiva primeira lança 152; 154 em questão, de modo a atingir uma intensidade que seja suficientemente baixa para evitar o sobreaquecimento da borda lateral do material 104. Isso será descrito a seguir.

[0033] De preferência, em cada par de lanças 151, 152; 153, 154, a quantidade por unidade de tempo de oxidante secundário provida através da respectiva segunda lança 151; 153 é, além disso, regulada de modo a atingir uma quantidade total desejada de oxigênio fornecido para a zona de aquecimento 120 ou, pelo menos, em uma subzona A2 disposta a jusante (esquerda nas figuras 1 e 2) da referida zona operada subestequiometricamente A1, de preferência atingir a estequiometria global ou, pelo menos, a estequiometria global na zona de aquecimento 120 ou na subzona A2, levando em consideração igualmente os gases subestequiométricos da zona de aquecimento a montante 130.

[0034] Ao mesmo tempo, é preferível que, em cada par de lanças 151, 152; 153, 154, a regulação do oxidante secundário provida através da respectiva primeira lança 152; 154 seja realizada de forma independente, pelo dispositivo de controle 160, do oxidante secundário através da respectiva segunda lança 151; 153. Isto significa que a regulação da respectiva primeira lança 152; 154 pode resultar na mistura de combustão na zona de aquecimento 120 tornando-se temporariamente não estequiométrica. Tal não estequiometria será, no entanto, ao longo do tempo corrigida como resultado da regulação da respectiva segunda lança 151; 153. O correspondente é verdadeiro no caso de uma certa proporção de massa de oxidante/combustível estequiométrica é desejada na zona de aquecimento 120, caso em que a regulação das segundas lanças 151; 153 é realizada de modo a atingir a proporção de massa em questão. As proporções de massa podem ser medidas diretamente, ou indiretamente, medindo os volumes fornecidos de combustível e oxidantes. De preferência, o total de oxidante fornecido é controlado com base na potência do forno total 100 ou da zona de aquecimento 120, conforme medido usando sensores de temperatura adequadamente configurados. Uma maneira particularmente simples de regular o fluxo de oxidante secundário injetado através das segundas lanças 151, 153 é permitir que as lanças 151, 152, 153, 154 sejam fornecidas a partir da mesma fonte de oxidante secundário 166, e permitir que o oxidante secundário não seja fornecido através das primeiras lanças 152; 154 em vez disso ser fornecido através das segundas lanças 151; 153, mantendo a quantidade total constante de oxidante secundário fornecida.

[0035] Portanto, as primeiras lanças 152; 154 são controladas pelo dispositivo de controle 160 e baseadas após as leituras dos sensores 168a, 168b, 168c ao longo da referida linha horizontal, com o objetivo de conseguir um perfil de temperatura homogêneo ao longo da referida linha horizontal. Uma vez que as primeiras lanças 152; 154 estão dispostas para aquecer primariamente os lados laterais da zona de aquecimento 110, e como resultado os lados laterais do material 104, e uma vez que as segundas lanças 151; 153 aquecem a zona de aquecimento 110 mais difusamente, não menos as partes centrais laterais da zona de aquecimento 110, isto significa que este controle é realizado aquecendo os lados laterais relativamente mais frios da zona 110 a uma temperatura correspondente à medida em sensores de temperatura centralmente localizados 168b ao longo da referida linha, aumentando o fornecimento da primeira lança 152; 154 de oxidante secundário de velocidade relativamente baixa para aumentar a temperatura do lado lateral.

[0036] Na prática, a quantidade total de oxidante primário e secundário pode ser controlada por um regulador de quotas, com base na quantidade de combustível necessária para atingir um valor de temperatura desejado. A parte do oxidante secundário pode ser determinada por um operador. A quantidade relativa do oxidante secundário fornecida usando as lanças 152, 154 de cada lado do forno pode ser controlada para atingir uma temperatura uniforme entre os lados do forno, conforme lido pelos sensores 168a, 168c. O compartilhamento relativo do secundário oxidante que sai pelas primeiras lanças de baixa velocidade 152; 154, em comparação com a segunda lança de alta velocidade 151; 153, pode ser controlado para atingir uma temperatura uniforme entre os lados e o centro, medida pelo sensor 168b.

[0037] Em uma modalidade particularmente simples, porém útil, existem três sensores 168a a 168c como mostrado na figura 2, um em qualquer lado lateral e outro no centro lateral do forno 100. Em seguida, a temperatura medida pelos dois sensores lateralmente mais à esquerda 168a, 168b são usados para controlar a primeira lança esquerda lateral 152 usando uma respetiva válvula no dispositivo de controle 160, enquanto a temperatura medida pelos dois sensores lateralmente à direita 168b, 168c é utilizada para controlar a primeira lança lateral direita 154 usando uma respectiva válvula no dispositivo de controle 160. Assim, três sensores de temperatura são suficientes para atingir os presentes fins.

[0038] É preferível que a linha horizontal ao longo da qual os sensores de temperatura 168a a 168c estão localizados esteja disposta a jusante (à esquerda nas figuras 1 e 2) das segundas lanças 151; 153, preferencialmente pelo menos 0,5 metro a jusante das mesmas.

[0039] De acordo com uma modalidade preferida, a respectiva primeira lança 152; 154 nos referidos pares de lanças 151, 152; 153, 154 é disposta a uma distância, na direção longitudinal D, do queimador 122 que é pelo menos 40%, de preferência pelo menos 50%, da distância entre o queimador 122 e a extremidade longitudinal a jusante (para a esquerda nas figuras 1 e 2) da zona 120. Correspondentemente, prefere-se que a respectiva segunda lança 151; 153 nos referidos pares de lanças 151, 152; 153, 154 esteja disposta a uma distância longitudinal do queimador 122 que é no máximo 80%, preferencialmente no máximo 70%, da distância entre o queimador 122 e a extremidade longitudinal a jusante da zona 120. Esta geometria provou alcançar bons resultados térmicos, tanto em termos de gradientes de baixa temperatura e controle de temperatura da borda lateral do material 104.

[0040] Em particular, é preferido que, para cada par de lanças 151, 152; 153,154, a respectiva primeira lança 152; 154 esteja disposta entre 0,5 e 2 metros a montante (à direita nas figuras 1 e 2) da segunda lança 151; 153. De preferência, as primeira 152; 154 e segunda 151; 153 lanças, respectivamente, estão dispostas substancialmente no mesmo local longitudinal D ao longo do forno 100, substancialmente um de frente para o outro. Tal configuração é ilustrada na figura 2.

[0041] De acordo com uma modalidade preferida, para cada par de lanças 151,152; 153,154, o jato de oxidante secundário lançado a partir da respectiva segunda lança 151; 153 intersecta uma chama do queimador 122. Isto é particularmente preferido no caso descrito acima, em que o queimador 122 deslocou a injeção de combustível, em particular no caso de ser utilizada uma lança 124 de alta velocidade de oxidante primário. Nomeadamente, neste caso, é frequentemente um problema que a chama do queimador 122 se estenda através de toda a zona de aquecimento 120, possivelmente até em uma zona a jusante (à esquerda na figura 1 e 2). As segundas lanças 151; 153, que ejeta um respectivo jato de oxidante secundário de alta velocidade perpendicularmente à chama ao queimador 122, resolve este problema e garante que a energia térmica da combustão do combustível e do oxidante primário seja usada principalmente para aquecer o material 104 na zona 120.

[0042] É além disso preferido que, para cada par de lanças 151, 152; 153, 154, o oxidante secundário lançado seja fornecido acima da trajetória da chama do queimador 122, mas apontando para baixo em um ângulo entre 5 e 15°. Isto irá criar uma turbulência eficiente quando o oxidante secundário revestido atingir a trajetória da chama do queimador 122. Em qualquer taxa, é preferível que o oxidante secundário lançado seja direcionado de modo que nunca se aproxime de cerca de 0,5 m da superfície superior do material 104.

[0043] Além disso, é preferível que o oxidante secundário lançado das segundas lanças 151; 153 intercepte, pelo menos parcialmente, um com o outro. Em geral, é preferível que as lanças de oxidante secundário 151, 152, 153, 154 deem origem às correntes de oxidante secundário respectivas que interceptam, pelo menos parcialmente.

[0044] Nisto, que dois jatos lançados de oxidante, ou tal um jato e uma chama, "interceptam" se destina a significar que pelo menos uma parte dos dois corpos em intersecção se sobrepõe durante a operação de forno 100.

[0045] Em uma modalidade especificamente preferida, o oxidante secundário lançado das respectivas segundas lanças 151; 153 coopera de modo a transmitir um movimento rotativo da atmosfera do forno 100 na zona de aquecimento 110. Por exemplo, isto pode ser conseguido pelas ditas segundas lanças 151; 153 sendo direcionadas substancialmente umas em relação às outras, mas com uma ligeira divergência, de modo que o jato de uma delas seja direcionado ligeiramente para cima enquanto o outro é direcionado ligeiramente para baixo, ou para frente/para trás.

[0046] Preferencialmente, o queimador 122 pode ser operado pelo menos em um primeiro modo, no qual o queimador 122 é operado a uma quase estequiometria e um segundo modo, no qual o queimador 122 é operado subestequiometricamente. No último caso, o oxidante secundário fornecido através das lanças 151, 152, 153, 154 é utilizado para obter uma quase estequiometria como descrito acima. No entanto, neste caso, é preferível que, no primeiro modo, entre 1 e 5% do oxigênio total seja ainda fornecido na forma de oxidante secundário ou ar, através das lanças 151, 152, 153, 154, para resfriar as lanças 151, 152, 153, 154. Desta forma, um amplo espectro de energia pode ser alcançado para a zona de aquecimento 110, embora ainda não arrisquem a integridade das lanças 151,152,153,154 no referido modo de operação de baixa potência.

[0047] Quanto à construção das lanças 151, 152, 153, 154, é preferível que cada uma das referidas lanças 200 esteja disposta em um respectivo tubo 210, através do qual o ar de arrefecimento 220 do tubo 210 é fornecido, tal como a partir de uma fonte adequada 221, de tal modo que o ar de arrefecimento 220 circunda a respectiva superfície do invólucro 211 da lança 200. O oxidante secundário é fornecido em um fluxo 212, concentricamente dentro da corrente cilíndrica 220 de ar de arrefecimento. Isso é ilustrado, em seção transversal, na figura 3.

[0048] A figura 4 ilustra um método de acordo com a presente invenção, utilizando o forno 100 e o sistema descrito acima, e controlado pelo dispositivo de controle 160.

[0049] Em uma primeira etapa, o equipamento necessário para realizar o presente método em uma zona de aquecimento 120 é instalado, de preferência em uma instalação de forno 100 existente. Assim, o equipamento instalado compreende pelo menos as lanças oxidantes 151, 152, 153, 154, acima descritas, o dispositivo de controle 160 e qualquer equipamento periférico, tal como a fonte de oxidante secundário 166, as linhas 161, 162, 163, 164, 167, bem como os sensores 168a, 168b, 168c, a menos que esses sensores ainda não tenham sido instalados. De preferência, esta etapa de instalação compreende também a conversão de pelo menos um queimador 122 na zona de aquecimento 120 para injeção de combustível deslocada como descrito acima, tal como instalando a lança 124 de oxidante primário e a linha 165.

[0050] Então, o queimador 122 é iniciado.

[0051] Depois disso, a zona de aquecimento 120 é de preferência operada em pelo menos dois modos, nomeadamente o modo convencional estequiométrico descrito acima, em que substancialmente todo o oxidante é fornecido como oxidante primário e apenas uma pequena quantidade de oxidante secundário é utilizada para arrefecer as lanças 151, 152, 153, 154; e um segundo modo, no qual o queimador 122 é operado subestequiometricamente e maiores volumes de oxidante secundário são fornecidos através das lanças 151, 152, 153, 154 de modo a atingir a quase estequiometria na subzona A2.

[0052] No modo 1, nenhuma regulação das lanças 151, 152, 153, 154 é realizada com a base feita no sensor 168a, 168b, 168c. Enquanto opera no modo 2, no entanto, a temperatura é medida ao longo da linha horizontal e as respectivas primeiras lanças 152; 154 são reguladas com o objetivo de homogeneizar o perfil de temperatura ao longo da linha horizontal. As respectivas segundas lanças 151; 153 são então regulamentados com o objetivo de alcançar a estequiometria, como descrito acima. Esse circuito de feedback de regulação está em andamento durante todo o desempenho da operação do modo 2.

[0053] De acordo com uma modalidade preferida, o modo 2 também compreende opcionalmente uma operação pulsada dos respectivos pares de lança 151, 152; 153, 154. Assim, a proporção do oxidante secundário fornecido através de cada um dos respectivos pares de lança 151, 152; 153, 154 é preferencialmente variada ao longo do tempo, de modo que relativamente mais oxidante secundário seja fornecido através dos dois pares 151, 152; 153, 154 de uma maneira alternada, com um período entre 10 segundos e 2 minutos. Em primeiro lugar, mais oxidante secundário é fornecido através do par 151, 152 do que através do par 153,154; depois disso, a situação é revertida e assim por diante. De preferência, apenas a respectiva segunda lança 151; 153 varia ao longo do tempo, de modo a conseguir essa pulsação, enquanto a respectiva primeira lança 152; 154 mantém a regulação de modo a manter o perfil de temperatura homogêneo, mas ambas as primeira 152; 154 e segunda 151; 153 lanças também poderiam participar dessa pulsação. A operação pulsada alcança uma homogeneidade de temperatura ainda melhor na zona de aquecimento 120, uma vez que os padrões de intensidade de combustão mudam lateralmente com a pulsação. Os tempos de pulso relativos entre os dois lados opostos podem também ser controlados para serem diferentes, de modo a aumentar ainda mais a homogeneidade da temperatura, conforme medido pelos sensores 168a e 168c.

[0054] É particularmente preferido que, durante a referida variação, o fluxo de massa do oxidante secundário fornecido através de cada um dos pares de lanças seja variado entre um fluxo de massa menor entre 0 e 40% do fluxo total instantâneo de oxidante secundário e um fluxo de massa superior entre 60% e 100% do fluxo total instantâneo de oxidante secundário, cujo fluxo total instantâneo de massa de oxidante é mantido substancialmente constante durante a referida variação.

[0055] O forno 100 é de preferência um forno de viga ambulante, um forno empurrador ou um forno de soleira rotativa. O material 104 é, de preferência, em branco, tal como peças de aço arredondadas ou retangulares.

[0056] Acima, foram descritas as modalidades preferidas. No entanto, é evidente para o versado na técnica que muitas modificações possam ser feitas nas modalidades descritas sem se afastar da ideia básica da invenção.

[0057] Por exemplo, mais de duas lanças podem ser usadas em cada par de lanças, e mais de dois pares de lanças podem ser usados. Além disso, pode haver mais ar ou queimadores convertidos na zona de aquecimento.

[0058] Tudo o que é descrito em relação ao método ilustrado na figura 4 é aplicável ao sistema descrito em relação às figuras 1 a 3 e vice-versa.

[0059] Assim, a invenção não está limitada às modalidades descritas, mas pode variar dentro do âmbito das reivindicações anexas.

Claims

1. Método para aquecer um forno (100) com uma direção longitudinal (D) e um plano transversal (C) que é perpendicular à direção longitudinal (D), em que o forno (100) é disposto com pelo menos uma zona de aquecimento (120) que é aquecida com pelo menos um queimador (122) provendo uma chama que se estende na referida direção longitudinal (D), cujo queimador (122) é alimentado com um combustível e um oxidante primário, caracterizado pelo fato de que o queimador (122) é operado com uma relação de massa entre o combustível alimentado e o oxidante primário que permite que menos de 90% do combustível alimentado seja queimado usando o oxidante primário, e em que pelo menos dois pares de lanças oxidantes secundárias (151, 152; 153, 154) são providos, em que um par de cada lado do forno (100) apontando para a zona de aquecimento (120), lançando um oxidante secundário na referida zona de aquecimento (120) a jusante do referido queimador (122), substancialmente em paralelo com o plano transversal (C), e em que a temperatura da atmosfera do forno é medida ao longo de uma linha horizontal paralela ao referido plano transversal a jusante das referidas lanças, e em que cada um dos referidos pares de lança (151, 152; 153, 154) compreende uma respectiva primeira lança (152; 154) e uma respectiva segunda lança (151; 153), cuja segunda lança (151, 153) está disposta a jusante da primeira lança (152; 154) em questão, e em que a primeira lança (152; 154) em cada par de lanças (151,152; 153, 154) é operado a uma velocidade de lancetagem menor do que a segunda lança (151; 153) em cada par de lanças (151, 152; 153, 154) e em que a quantidade de oxidante secundário fornecida através da respectiva primeira lança (152; 154) de cada par (151, 152; 153, 154) é regulada de modo a obter um perfil de temperatura homogêneo ao longo da referida linha.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comprimento longitudinal da zona de aquecimento (120) é entre 5 e 15 metros, e que a largura da zona de aquecimento (120) é de pelo menos 4 metros, mais preferivelmente de pelo menos 8 metros.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o oxidante secundário representa pelo menos 50% em peso, de preferência pelo menos 65% em peso, mais preferivelmente pelo menos 70% em peso do total de oxidantes primário e secundário.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o agente oxidante secundário compreende pelo menos 85% em peso de oxigênio, e de preferência é oxigênio industrialmente puro.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que para cada par de lanças (151, 152; 153, 154), a segunda lança (151; 153) é operada em uma velocidade de lancetagem que é pelo menos 2 vezes, preferivelmente pelo menos 4 vezes, mais preferivelmente pelo menos 8 vezes, a velocidade de lancetagem da primeira lança (152; 154).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a respectiva segunda lança (151; 153) de cada par de lanças (151, 152; 153, 154) é operada a uma velocidade de lancetagem que é pelo menos 1 Mach.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que em cada par de lanças (151, 152; 153, 154), a quantidade por unidade de tempo de oxidante secundário provida pela segunda lança (151; 153) é regulada de modo a atingir uma quantidade total desejada de oxigênio fornecido na zona de aquecimento (120).

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as respectivas primeiras lanças (152; 154) nos referidos pares de lanças (151, 152; 153, 154) são dispostas a uma distância longitudinal do queimador (122) que é pelo menos 40%, preferencialmente 50%, da distância entre o queimador (122) e a extremidade longitudinal a jusante da zona de aquecimento (120), e que as respectivas segundas lanças (151; 153) nos referidos pares de lanças (151, 152; 153, 154) são dispostos a uma distância longitudinal do queimador (122) que é no máximo 80%, preferencialmente 70%, da distância entre o queimador (122) e a extremidade longitudinal a jusante da zona de aquecimento (120).

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que para cada par de lanças (151, 152; 153, 154), a primeira lança (152; 154) está disposta entre 0,5 e 2 metros a montante da segunda lança (151; 153).

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que para cada par de lanças (151, 152; 153, 154), o jato de oxidante secundário lançado a partir da lança secundária (151; 153) cruza uma trajetória de chama do queimador (122).

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que para cada par de lanças (151, 152; 153,154), o oxidante secundário lançado a partir da segunda lança (151; 153) é fornecido acima da trajetória da chama do queimador (122), mas apontando para baixo em um ângulo entre 5 e 15°.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o oxidante secundário lançado a partir das respectivas lanças secundárias (151; 153) coopera de modo a conferir um movimento de rotação da atmosfera do forno na zona de aquecimento (120).

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a proporção do oxidante secundário fornecido através de cada um dos respectivos pares de lança (151, 152; 153, 154) é variada ao longo do tempo, de modo que relativamente mais oxidante secundário é fornecido através dos dois pares (151, 152; 153, 154) de maneira alternada, com um período entre 10 segundos e 2 minutos.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que, durante a referida variação, o fluxo de massa do oxidante secundário fornecido através de cada um dos referidos pares de lanças (151, 152; 153, 154) varia entre um fluxo de massa menor entre 0 e 40% do fluxo total instantâneo de massa de oxidante secundário e um fluxo de massa superior entre 60% e 100% do fluxo total instantâneo de massa de oxidante secundário, cujo fluxo instantâneo de massa de oxidante é mantido substancialmente constante durante a referida variação.

15. Forno de aquecimento com uma direção longitudinal (D) e plano transversal (C) que é perpendicular à direção longitudinal (D), cujo forno (100) está disposto com pelo menos uma zona de aquecimento (120) que está disposta para ser aquecida usando pelo menos um queimador (122), por sua vez disposto para fornecer uma chama que se estende na referida direção longitudinal (D), cujo queimador (122) está disposto para ser alimentado com um combustível e um oxidante primário, caracterizado pelo fato de que o queimador (122) está disposto para ser operado com uma relação de massa entre o combustível alimentado e o oxidante primário permitindo que menos de 90% do combustível alimentado seja queimado usando o oxidante primário, e em que o forno (100) é disposto com dois pares de lanças oxidantes secundárias (151, 152; 153, 154), um par de cada lado do forno (100) apontando para a zona de aquecimento (120), disposto para lançar um oxidante secundário na referida zona de aquecimento (120) a jusante do referido queimador (122), substancialmente em paralelo com o plano transversal (C), e em que sensores de temperatura (168a, 168b, 168c) estão dispostos para medir a temperatura ao longo de uma linha horizontal paralela ao referido plano transversal a jusante das referidas lanças, e em que cada um dos referidos pares de lança (151, 152; 153, 154) compreende uma respectiva primeira lança (152; 154) e uma respectiva segunda lança (151; 153), cuja segunda lança (151, 153) está disposta a jusante da primeira lança (152; 154) em questão, e em que a primeira lança (152; 154) em cada par de lanças (151, 152; 153, 154) está disposta para ser operada a uma velocidade de lancetagem mais baixa do que a segunda lança (151; 153) em cada par de lanças (151, 152; 153, 154) e em que o forno está disposto para regular a quantidade de oxidante secundário fornecido através da respectiva primeira lança (152; 154) de cada par (151, 152; 153, 154) de modo a obter um perfil de temperatura homogêneo ao longo da linha mencionada.