BR112012013257B1

BR112012013257B1 - queimador industrial e processo de combustão correlacionado a fornos de tratamento térmico

Info

Publication number: BR112012013257B1
Application number: BR112012013257-1A
Authority: BR
Inventors: Astesiano Davide; Donetti Alessandro
Original assignee: Danieli Centro Combustion S.P.A.; Danieli & C. Officine Meccaniche S.P.A
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2020-11-17
Also published as: CA2782477A1; WO2011067722A3; WO2011067722A2; WO2011067722A8; CA2782477C; EP2507552A2; US20120315584A1; BR112012013257A2; KR101373693B1; KR20120092682A; RU2526097C2; RU2012127411A; US8708693B2; ITMI20092116A1; IT1397192B1; EP2507552B1

Abstract

QUEIMADOR INDUSTRIAL E PROCESSO DE COMBUSTÃO CORRELACIONADO A FORNOS DE TRATAMENTO TÉRMICO A presente invenção está correlacionada a um queimador de alta velocidade, tendo emissões de poluição bastante baixas, adequado para o processamento de fornos de tratamento térmico de uma carga em atmosfera livre. O queimador é capaz de produzir uma chama compacta e fina, com a peculiaridade de manter as emissões de NOx em níveis bastante baixos em qualquer temperatura da câmara, e com qualquer excesso de ar de combustão. O queimador exige uma única entrada para o ar comburente e uma única entrada para o gás combustível.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere a um queimador de alta velocidade com chama fina e compacta, capaz de obter emissões bastante baixas de NOx, ao mesmo tempo em que consegue manter a chama estável em qualquer temperatura. O queimador implementa técnicas de combustão, tais como, divisão da combustão principal em três estágios (concentração de ar e combustível) , recirculação de gases de combustão e ainda diluição de alguns reagentes.

Estado da Técnica

[002] Nos últimos anos, as exigências de mercado correlacionadas à redução no consumo de gás forçaram os fabricantes de fornos industriais a desenvolver seus produtos aproveitando a vantagem do calor dos gases de combustão da chaminé, para aquecimento do ar de combustão, por meio de trocadores. Portanto, foi criada a necessidade para desenvolver queimadores que operam com ar comburente pré- aquecido a uma temperatura de cerca de 400-550°C. Ao mesmo tempo, as leis relativas às emissões de monóxido e dióxido de nitrogênio estabeleceram um aumento de limitações restritivas e forçaram os fabricantes a produzir queimadores capazes de enquadramento dentro do conjunto de limitações.

[003] Entretanto, é sabido que a formação de NOx também aumenta de acordo com a temperatura do ar de combustão. Quanto maior for a temperatura do ar, mais a temperatura da chama aumenta, desse modo, gerando a formação de NOx térmico. Para manter as emissões baixas, os queimadores de baixa emissão de NOx usam técnicas para diminuir a temperatura da chama, tais como, estabilização da chama, diluição do gás de combustão e combustão sem chama.

[004] Os queimadores que usam a tecnica de estabilizacao do ar operam mediante injecao de ar dentro de duas diferentes zonas em diversas distâncias do queimador, e proporcionam duas combustões, uma com uma proporção sub-estequiométrica e a outra com proporção super-estequiométrica, que completam a combustão principal.

[005] Diferentemente disso, a estabilização de chama opera mediante injeção de gás dentro de duas diferentes zonas em diversas distâncias do queimador, desse modo, gerando duas combustões com proporções super- e sub-estequiométricas. O objetivo de ambas as técnicas é de diminuir a temperatura da chama quando a percentagem de oxigênio for alta na combustão.

[006] Entretanto, o inconveniente dos queimadores que usam essas técnicas é a instabilidade ao frio, isto é, abaixo da temperatura de ignição espontânea, quando as duas combustões são alimentadas por reagentes desbalanceados, uma combustão com ar em excesso e a outra com gás em excesso. A maneira de estabilizar a chama a frio é aumentar o excesso de ar da combustão principal, de modo que a combustão principal não tenha gás em excesso com o conseqüente aumento de NOx (não ocorre mais combustão sub-estequiométrica) e consumo de gás. Uma vez a temperatura de ignição espontânea do combustível na câmara seja excedida, o queimador não exige mais excesso de ar e opera na proporção estequiométrica com baixas emissões de NOx.

[007] Os queimadores que usam combustão sem chama apresentam emissões de NOx significativamente baixas, porém, apresentam a significativa limitação de serem incapazes de operar em um modo sem chama, abaixo da temperatura de ignição espontânea do combustível. Portanto, mesmo que se forneça calor à câmara com o mesmo queimador, esses queimadores devem ser capazes de operar no modo tradicional (com chama) e, conseqüentemente, devem ser equipados com algumas válvulas para modulação da entrada de gás ou de ar, de acordo com o tipo de operação.

[008] Os queimadores que operam com as mencionadas técnicas de combustão apresentam significativas vantagens quando a temperatura da câmara é alta, mas, apresentam significativas limitações quando a temperatura é menor ou próxima da temperatura de ignição espontânea do combustível.

[009] Em tipos específicos de processos, tais como, em fornos para tratamento térmico da carga, as temperaturas da zona de aquecimento são relativamente baixas e variam de forma significativa, de acordo com o tipo de tratamento. Sob essas condições, os queimadores com combustão estabilizada e os queimadores com combustão sem chama, não são capazes de operar constantemente em um modo de baixa emissão de NOx, mas, devem variar seu excesso de ar ou o modo de operação (sem chama - com chama) , de acordo com a temperatura da câmara, respectivamente. O resultado é que as válvulas de ajuste da zona de aquecimento e as válvulas que controlam a injeção do combustível (para os queimadores sem chama) operam continuamente durante a operação do forno.

[010] Os fornos de tratamento térmico aquecem a carga em atmosfera livre mediante convecção, por meio de alta velocidade dos gases de combustão que entram em contato e não por meio de radiação, como ocorre nos fornos de reaquecimento. Assim, existe uma necessidade nesse tipo de aplicação para queimadores que sejam capazes de implementar uma alta velocidade, uma chama fina e compacta e não uma chama difusa, ou com combustão volumosa.

[011] Assim, existe a necessidade de se produzir um queimador e um correlacionado processo de combustão, que permita que os inconvenientes acima mencionados sejam superados.

Resumo da Invenção

[012] Constitui o objetivo principal da presente invenção, produzir um queimador que permita a obtenção de emissões de NOx bastante baixas, tanto na fase de ignição, que é fria, como em operação na sua velocidade, e que seja também capaz de obter uma combustão compatível com o processo de fornos de tratamento térmico de cargas em atmosfera livre.

[013] Outro objetivo da invenção é de obter um correlacionado processo de combustão para fornos de tratamento térmico em atmosfera livre, que sempre permitam a obtenção de emissões de NOx bastante baixas.

[014] Portanto, a presente invenção propõe a obtenção dos objetivos acima mencionados, ao proporcionar um queimador industrial de baixa emissão de NOx, e que de acordo com o descrito na reivindicação 1, compreende: - um corpo oco definindo um eixo longitudinal (X); - um elemento tubular, disposto dentro do dito corpo oco, em uma extremidade aberta do mesmo; - um difusor disposto dentro do dito elemento tubular, em uma primeira extremidade do mesmo, no interior do corpo oco, de modo a definir um volume dentro do dito corpo oco; - um tubo para alimentar ar comburente dentro do dito volume; - uma lança de injeção de gás combustível, disposta dentro do dito corpo oco e conectada ao dito difusor; em que o dito difusor é provido de: - primeiros furos para injeção de uma primeira porção de gás combustível proveniente da dita lança de injeção dentro de uma primeira zona de combustão, a qual é localizada dentro do dito elemento tubular e adjacente ao dito difusor; - segundos furos para injeção de uma porção de ar comburente dentro da dita primeira zona de combustão; - terceiros furos para injeção de uma segunda porção de ar comburente dentro de uma segunda zona de combustão, a qual é provida dentro do dito elemento tubular, a jusante da primeira zona de combustão e se comunicando com a mesma, dita segunda porção de ar comburente cruzando a dita primeira zona de combustão; - um tubo para injeção de uma segunda porção de gás combustivel proveniente da dita lança de injeção dentro de uma terceira zona de combustão, a qual se dispõe exteriormente ao dito elemento tubular, e se dispõe a jusante da segunda zona de combustão se comunicando com a mesma, dita segunda porção de gás combustivel cruzando a dita segunda zona de combustão; - o queimador sendo ainda provido de uma passagem longitudinal, definida entre o perfil externo do dito elemento tubular e o perfil interno da dita extremidade aberta do corpo oco, para injeção de uma terceira porção de ar comburente dentro da dita terceira zona de combustão.

[015] Um segundo aspecto da presente invenção proporciona um processo de combustão de baixa emissão de NOx, o qual pode ser obtido por meio do acima mencionado queimador, e um forno com o qual o dito queimador coopera definindo uma câmara de combustão, o processo seqüencialmente compreendendo as seguintes etapas de combustão, de acordo com o descrito na reivindicação 11: uma combustão primária, que ocorre mediante mistura na primeira zona de combustão de uma primeira porção de ar comburente injetado através dos segundos furos, com uma primeira porção de gás combustivel injetada através dos primeiros furos, dentro de uma primeira proporção de ar/combustivel (Ài) substancialmente estequiométrica, desse modo, obtendo produtos de combustão primária e gás primário não-queimado; - uma combustão secundária, que ocorre mediante mistura na segunda zona de combustão de uma segunda porção de ar comburente injetado através dos terceiros furos, com os ditos produtos de combustão primária e dito gás primário não-queimado com ar em excesso, de modo a obter uma segunda proporção super-estequiométrica de ar/combustivel (À2) , desse modo, obtendo produtos de combustão secundária e ar secundário não-queimado; - uma combustão terciária, que ocorre mediante mistura na terceira zona de combustão de uma segunda porção de gás combustivel injetado através do tubo, com uma terceira porção de ar comburente injetado através da passagem longitudinal, com ditos produtos de combustão primária e secundária e dito ar secundário não-queimado com gás em excesso, de modo a obter uma terceira proporção sub- estequiométrica de ar/combustivel (X3) , para completar a combustão total dentro da câmara de combustão do forno.

[016] O queimador de baixa emissão de NOx, objeto da presente invenção, gera vantajosamente uma alta velocidade e uma chama compacta e fundamenta seus principios na combustão estabilizada de ar e gás. A técnica de combustão usada é chamada de "estabilização de combustivel" combinada com recirculação dos gases de combustão e diluição da chama.

[017] O ar de combustão ou ar comburente e o gás combustivel são injetados dentro de diferentes zonas da câmara de combustão, através de um cabeçote ou difusor de combustão, de modo a se obter diversas combustões, em que a combinação é controlada e limitada com relação à alta percentagem de oxigênio na combustão e à alta temperatura da chama, provocada pela geração de NOx de origem térmica.

[018] Vantajosamente, o queimador proporciona três combustões principais em série, chamadas de combustão primária, combustão secundária e combustão terciária, respectivamente. Essas três combustões principais são realizadas em respectivas diferentes distâncias do cabeçote de combustão e com respectivas diferentes proporções de combustão: a combustão primária provê uma proporção de combustão (ar/combustivel) próxima da estequiométrica; a combustão secundária é obtida por meio de uma proporção de combustão com significativo ar em excesso, de modo a se obter uma proporção super-estequiométrica de ar/combustivel; a combustão terciária apresenta uma proporção de combustão com gás em excesso, de modo a se obter uma proporção sub- estequiométrica de ar/combustivel, para completar a combustão total.

[019] Além disso, o queimador da invenção provê que a combustão primária é dividida em sub-combustões primárias, em que a proporção de combustão é mantida constante, mas, para a qual, o gás combustível primário e o ar comburente primário são injetados e misturados em diferentes distâncias do cabeçote de combustão. Desse modo, embora a proporção de combustão seja mantida inalterada, a chama é ainda diluida, com efeitos particularmente vantajosos para a redução da formação de NOx.

[020] Devido à geometria do cabeçote ou difusor de combustão e à configuração dos furos para injeção de ar secundário (parcialmente comburente na combustão secundária e parcialmente na combustão terciária) e de ar terciário (comburente na combustão terciária), a chama gerada pelo queimador é particularmente fina e compacta. Os furos do ar secundário são vantajosamente configurados, de modo a criar uma chama "em redemoinho" e compacta.

[021] Uma particular vantagem para o tipo de processo a ser obtido é que o queimador não exige diferenciação da técnica de combustão, de acordo com a temperatura da câmara de combustão, para reduzir as emissões de NOx. De fato, o queimador é feito para operar em temperaturas próximas da temperatura de ignição espontânea do combustível, conseqüentemente, é impossível a utilização de técnicas de combustão que tenham como principal prerrogativa uma temperatura de câmara sempre maior que da ignição espontânea do combustível (combustão sem chama). Vantajosamente, pela mesma razão, o queimador da invenção não exige uma entrada dupla para o ar comburente ou para o gás combustível.

[022] Além disso, é conhecido que a maioria dos queimadores sem chama no mercado exigem uma maior pressão de gás combustivel, em relação aos queimadores tradicionais, enquanto o queimador da invenção é bem sucedido em obter excelente desempenho, com as mesmas pressões de ar e gás de um queimador tradicional.

[023] O combustivel e o ar de combustão são injetados dentro da câmara de combustão a uma determinada velocidade, pelo que se obtém uma alta recirculação de gases não- queimados. Especificamente, as velocidades do ar terciário e do gás secundário (combustivel na combustão terciária) são criticas para a obtenção de uma intensa mistura com os gases queimados e, conseqüentemente, diminuição da percentagem de oxigênio na combustão.

[024] A principal inovação do queimador da invenção se refere ao fato de que mediante simultâneo uso da "estabilização de combustivel", diluindo intensamente a chama e recirculando os gases de combustão, as emissões de NOx são sempre bastante baixas em qualquer temperatura de câmara, e o queimador é bem sucedido ao entrar numa faixa de operação em que a combustão sem chama é automaticamente gerada.

[025] Vantajosamente, o queimador da invenção concebido para fornos de tratamento térmico de cargas em atmosfera livre, pode operar com significativo excesso de ar e em proporções estequiométricas, sem que seja considerada a temperatura da câmara. Em particular, quando a temperatura da câmara for superior a 800°C, mediante diminuição do ar em excesso de uma proporção de até À<1,1, o queimador, automaticamente, entra numa faixa de operação em que a recirculação dos gases de combustão (Kv=4) e a baixa percentagem de oxigênio na combustão, faz com que a combustão tenha uma chama invisivel (ver a figura 6).

[026] É preferivel controlar o queimador em um modo de liga/desliga, para que se tenha constantemente um alto fator de recirculação dos gases de combustão (Kv) e, conseqüentemente, se mantenha altas velocidades de injeção de ar e gás, isto é, que o queimador seja operado de acordo com as exigências de energia de aquecimento do forno, em potência máxima ou mediante exclusão da mesma. De qualquer modo, o queimador é também capaz de operar corretamente quando é proporcionalmente controlado pelo aumento ou diminuição de energia, de acordo com as exigências do processo.

[027] Considerando que o queimador da invenção opera em uma faixa de temperaturas que inclui a temperatura de ignição espontânea do combustivel e com um controle em modo de liga/desliga, é provado com o uso de instrumentos de ignição e detecção de chama, permitir a execução de ciclos de ignição e de desligamento em completa segurança. Em particular, o cabeçote de combustão é preparado com dois furos para acomodação do dispositivo de ignição, tal como, um eletrodo de ignição ou queimador piloto, e um dispositivo de detecção de chama, tal como, uma célula de UV ou um eletrodo de detecção de chama, respectivamente.

[028] Considerando a importância da estabilidade do queimador após a ignição, e quando a chama é disparada por meio do dispositivo de ignição, a combustão primária apresenta uma tal proporção de combustão, que a chama apresenta uma raiz bem ancorada e mostra um espectro de emissão particularmente forte, para ser detectada pelo dispositivo de detecção de chama em qualquer temperatura de câmara, e não muito sensivel à variação da proporção de combustão.

[029] Vantajosamente, o queimador da invenção não exige um significativo excesso de ar (com proporção de combustão À>1,5) em temperaturas de câmara abaixo da temperatura de ignição espontânea do combustivel, como ocorre com a maioria dos queimadores que usam combustão estabilizada, mas, diretamente da ignição a frio, é capaz de operar com uma proporção de combustão próxima da proporção estequiométrica, desse modo, mantendo as emissões de NOx baixas e as emissões de CO extremamente baixas.

[030] Resumindo, o queimador com emissão bastante baixa de NOx, com chama fina, compacta e de alta velocidade, objeto da presente invenção, é bem sucedido em operação a frio, sem exigir significativo excesso de ar, mantém emissões frias e quentes bastante baixas, sem ter a necessidade de mudar o tipo da técnica de combustão (de combustão sem chama para combustão com chama), e apresenta uma satisfatória estabilidade de chama para qualquer temperatura de câmara e qualquer proporção de combustão. A chama gerada não é difusa, sendo rápida, fina, compacta e transparente, e sendo ainda particularmente adequada para aplicações que exigem uma grande contribuição de aquecimento para o material, devido à convecção promovida no forno, por meio das altas velocidades dos gases de combustão.

[031] Além disso, a flexibilidade do queimador é proporcionada pela oportunidade de operar com proporções de combustão, em que X=Ar/At, variável de 0,9 a 2,0, de acordo com o tipo de aquecimento exigido, onde Ar é a proporção entre a saida real de ar e a velocidade de fluxo de combustível, e At é a proporção entre a saida teórica de ar e a velocidade de fluxo de combustível.

[032] Finalmente, o queimador da invenção é bastante compacto, sendo provido de uma única entrada para o ar comburente e uma única entrada para o combustível.

[033] As reivindicações dependentes descrevem as modalidades preferidas da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

[034] Adicionais características e vantagens da invenção se tornarão evidentes diante da descrição detalhada de uma modalidade preferida, porém, não exclusiva, de um queimador mostrado por meio de exemplo não-limitativo, com a ajuda dos desenhos anexos, nos quais: a figura 1 mostra uma primeira vista em perspectiva de um queimador de acordo com a invenção; - a figura 2 mostra uma segunda vista em perspectiva do queimador mostrado na figura 1; a figura 3 mostra uma vista frontal de uma extremidade do queimador mostrado na figura 1; - a figura 4 mostra uma vista de topo diagramática, em seção transversal, do queimador mostrado na figura 1; - a figura 5 mostra um corte ao longo do plano de percurso A-A, do queimador mostrado na figura 3; a figura 6 mostra um diagrama de fator de temperatura-recirculação dos gases de combustão (Kv), cujas zonas são identificadas com diferentes configurações de chama; - a figura 7 mostra uma alternativa da vista frontal da extremidade do queimador mostrado na figura 1; - a figura 7a mostra um corte ao longo do plano de percurso A-A, do queimador mostrado na figura 7; e - a figura 8 mostra um diagrama de emissões de NOx/temperatura, no qual os valores médios de emissões são indicados para as diferentes configurações do queimador mostrado na figura 1.

Descrição Detalhada de uma Modalidade Preferida da Invenção

[035] Com referência às figuras, é mostrada uma modalidade preferida de um queimador, globalmente indicado pela referência numérica (1), adaptado para obter combustão com emissão de NOx bastante baixa, com flama em alta velocidade, mediante uso de simultânea combinação de técnicas de "estabilização de combustivel", recirculação de gases de combustão e diluição da chama.

[036] O queimador (1) , objeto da presente invenção, define um eixo longitudinal (X) e compreende: - um corpo principal oco de metal, de formato essencialmente cilindrico, compreendendo um primeiro elemento oco longitudinal (2) conectado e se comunicando com um segundo elemento tubular longitudinal (5) ou tubo guia de chama; - um tubo para alimentação de ar comburente (3); - um tubo para alimentação de gás combustivel (4); - um flange de conexão (6) do queimador para a placa de blindagem do forno; - um flange de conexão (10) do primeiro elemento oco longitudinal (2) sobre o flange de conexão (6); um elemento tubular cilindrico (7), preferivelmente, feito de carbeto de silicio ou outro material adequado, acomodado dentro do tubo guia de chama (5), na extremidade frontal do mesmo (figuras 4 e 5); - um cabeçote ou difusor de combustão (13), de formato substancialmente plano e arredondado, para passagem do gás combustivel e do ar comburente dentro da câmara de combustão do forno, dito difusor (13) sendo acomodado dentro do dito elemento tubular cilindrico (7), de modo a definir essencialmente uma forma de taça, cuja base é o difusor (13) (figura 5); uma lança de alimentação (14) para o gás combustivel; - uma carcaça para o dispositivo de ignição (11) com eletrodo (16) ou queimador piloto, obtida no primeiro elemento oco longitudinal (2); - um tubo guia (12) para acomodar um dispositivo de detecção de chama.

[037] O tubo para alimentação de ar comburente (3) é conectado aos tubos do sistema de alimentação por meio do flange (8) , que pode ter, por exemplo, um formato circular ou quadrado. 0 ar que passa através do tubo (3) , passa através do volume (26) dentro do elemento oco (2) de formato cilíndrico, e através do volume (27) dentro do tubo guia de chama (5) , antes de ser injetado dentro da câmara de combustão.

[038] O cabeçote ou difusor de combustão (13) , por exemplo, de formato substancialmente plano, é dotado de furos (18) para passagem de uma primeira porção de ar comburente, chamado de ar primário, e furos (19) para passagem de uma segunda porção de ar comburente, chamado ar de secundário, dentro da câmara do forno.

[039] O difusor (13), preferivelmente, mas não necessariamente, feito com material metálico, é também dotado de furos (17) para passagem de uma primeira porção de gás combustível, chamado de gás primário, e de um furo central para passagem de um tubo (15) , para injeção de uma segunda porção de gás combustível, chamado de gás secundário, dentro da câmara do forno. Ambos os furos (17) e o tubo (15) se encontram em comunicação com a lança de alimentação (14). Na alternativa preferida das figuras 4 e 5, o tubo (15) é integralmente provido com o difusor (13).

[040] Finalmente, o difusor (13) é provido de um adicional furo (16'), para acomodação do dispositivo de ignição com eletrodo (16) ou com piloto, e ainda de outro furo (12') para acomodação do dispositivo de detecção de chama com eletrodo ou célula de UV que cruza o tubo (12).

[041] Na dita extremidade frontal, o tubo guia de chama (5) apresenta uma seção de estreitamento (figura 4), pelo que uma passagem de formato de coroa circular (25) é definida entre o elemento tubular (7) e o tubo (5), para injeção de uma terceira porção de ar comburente, chamado de ar terciário, dentro da câmara do forno. O dito ar terciário também sai dos adicionais furos (21), obtidos em uma borda (7' ) do elemento de forma de taça, que se dispõe sobre uma protrusão anular do elemento tubular (7), na extremidade frontal do mesmo. A passagem em formato de coroa circular (25) deve apresentar uma apropriada seção minima na borda (7' ) , de modo a promover a recirculação dos gases de combustão determinada pelo ar terciário que sai dos furos (21) .

[042] Conforme explicado em detalhes abaixo, o cabeçote ou difusor de combustão (13) direciona o ar comburente dentro de duas diferentes zonas (22) e (23) da câmara de combustão, essas ditas zonas (22) e (23) se encontrando dentro da assim chamada taça (figura 5), enquanto o elemento tubular (7) e tubo guia de chama (5) direcionam o ar comburente dentro de uma terceira zona (24) na câmara de combustão, a jusante das zonas (22) e (23) .

[043] A parede traseira do elemento oco cilindrico (2) é furada para passagem da lança de alimentação (14) de gás combustivel e para as carcaças do dispositivo de ignição (11) e do dispositivo de detecção de chama.

[044] O tubo para alimentação de gás combustivel (4) coloca o sistema de alimentação e a lança de combustivel (14) em comunicação através do flange (9) . Conforme explicado em detalhes abaixo, o gás combustivel é dirigido dentro da câmara de combustão através do cabeçote de combustão (13) dentro da zona (22), e através do tubo (15) dentro das zonas (23) e (24) .

[045] As partes essenciais do queimador que determinam a correta operação do processo de combustão incluem o tubo guia de chama (5) , o cabeçote de combustão (13) e o elemento tubular (7) .

[046] O tubo guia de chama (5) tem a função de dirigir uma parte do ar de combustão que passa através do volume (27) através do cabeçote de combustão (13), e a outra parte através da coroa circular (25) delimitada pelo tubo guia de chama (5) e pelo elemento tubular (7).

[047] O cabeçote de combustão (13) é fundamental para dirigir o ar e o combustivel dentro da câmara de combustão em diversas distâncias, velocidades e ângulos.

[048] As dimensões do elemento tubular (7) determinam a velocidade da chama gerada na combustão primária e secundária e determinam a velocidade de saida do ar terciário.

[049] Vantajosamente, a divisão de ar comburente e de gás combustivel é executada por meio do cálculo de perdas de carga e do dimensionamento dos furos (17), (18), (19), do cabeçote de combustão (13) , da seção de passagem (20) do tubo (5) , da passagem no formato de coroa circular (25) entre o elemento tubular (7) e o tubo guia de chama (5), e dos furos (21) da protrusão anular (7' ) . Portanto, não existe necessidade de diversas entradas de ar e gás para realizar a separação, ou de correlacionadas válvulas de ajuste ou válvulas de adicional bloqueio nas linhas de alimentação.

[050] Conforme já descrito, o ar comburente passa através de diferentes séries de furos, providos no cabeçote ou difusor de combustão (13); o ar primário é injetado dentro da câmara através de furos (18), enquanto o ar secundário é injetado através dos furos (19) . Uma última parte do ar comburente, o ar terciário é desviado pelo elemento tubular (7) na direção do exterior do queimador e injetado dentro da câmara através da passagem de formato de coroa circular (25) , e através dos furos (21) na borda ou protrusão anular (7') do elemento tubular (7).

[051] O gás combustivel passa no volume (28), dentro da lança de gás (14) e é injetado dentro da câmara de combustão através do cabeçote de combustão (13) e do tubo (15) . Em particular, uma primeira parte de gás, chamado de gás primário, é injetada por meio dos furos (17) do cabeçote de combustão (13), enquanto uma segunda parte de gás, chamado de gás secundário, é injetada por meio do tubo (5) que passa através do dito cabeçote de combustão (13).

[052] Vantajosamente, o ar comburente e o gás combustível são misturados em três diferentes zonas principais, desenvolvendo três combustões em série caracterizadas por três diferentes proporções de combustão, de modo que a chama seja estável, assim, impedindo a combinação de alta percentagem de oxigênio e alta temperatura de chama. Essa solução reduz as emissões poluidoras de NOx, também, devido à significativa recirculação dos gases de combustão da chaminé.

[053] O ar primário que sai dos furos (18), adequadamente dimensionados e inclinados em relação ao eixo longitudinal (X) do queimador, é dirigido a uma predeterminada distância do cabeçote de combustão (13), na zona primária (22) . O número de furos (18) é preferivelmente entre quatro e oito. Oito furos (18) são providos nas duas alternativas das figuras 3 e 7.

[054] O gás combustível primário que sai dos furos (17), adequadamente dimensionados e inclinados em relação ao eixo longitudinal (X) do queimador, é dirigido a uma predeterminada distância do cabeçote de combustão (13), na zona primária (22) . O número de furos (17) é entre dois e quatro. Quatro furos (17) são providos nas duas alternativas das figuras 3 e 7.

[055] A combustão primária ocorre mediante mistura dentro da zona primária (22) do ar comburente primário e do gás combustível primário, numa proporção substancialmente estequiométrica, obtendo-se produtos de combustão primária e gás não-queimado.

[056] Preferivelmente, para se obter uma adicional diluição da chama e uma significativa redução de NOx, a inclinação de parte dos furos (18) é diferenciada com relação aos furos restantes (18), para injeção do ar primário dentro de pelo menos duas diferentes subzonas de combustão primária, dentro da dita zona primária (22) . De modo similar, a inclinação de parte dos furos (17) é diferenciada com relação aos furos restantes (17), para injeção do gás combustivel primário dentro de pelo menos duas diferentes subzonas de combustão primária, dentro da mesma zona primária (22).

[057] Assim, dentro da combustão primária é possivel, de acordo com a inclinação, o número e o posicionamento dos furos (17) e (18), para se ter um número de sub-combustões primárias entre dois e quatro, a raiz de cada sub-combustão se encontrando a uma diferente distância do cabeçote de combustão (13) em relação às outras sub-combustões.

[058] As sub-combustões primárias derivadas de diferentes inclinações dos furos (18) e (17) apresentam a mesma proporção de combustão e são apenas diferenciadas pelas diferentes distâncias do cabeçote de combustão (13), do qual elas se originam. A proporção de combustão é de tal ordem que determina uma satisfatória estabilidade de chama do queimador, e uma correta ignição e detecção de chama. Vantajosamente, ao dispor de uma combustão primária com uma proporção substancialmente estequiométrica, o queimador se torna satisfatoriamente adequado, a chama é apresentada de forma ancorada e o sinal de detecção de chama é alto.

[059] O ar secundário é injetado a uma predeterminada velocidade dentro da câmara de combustão através dos furos (19), passa através da zona primária (22) e alcança a zona secundária (23), onde é envolvido na combustão secundária. Os furos (19) apresentam um determinado ângulo, pelo que o formato da chama que sai do tubo guia de chama (5) é compacto e fino, preferivelmente, em forma de redemoinho, isto é, vertical, de modo a ter a chama de extensão diminuida e ainda compactada. A combustão secundária ocorre mediante mistura na zona secundária (23) de somente uma primeira porção do dito ar secundário com os produtos de combustão derivados da combustão primária e com o gás não-queimado, também proveniente da combustão primária. A combustão secundária apresenta, vantajosamente, uma proporção de combustão caracterizada por significativo excesso de ar.

[060] As combustões primária e secundária originadas dentro do elemento tubular (7), nas zonas (22) e (23), respectivamente, como, também, o dimensionamento do elemento tubular (7), constituem um importante fator para determinação da velocidade de propagação da chama, preferivelmente, entre 30 e 40 m/s. Vantajosamente, a proporção entre o comprimento do elemento tubular (7) e o diâmetro interno do elemento tubular (7) compreende os valores na faixa de 0,95 a 1,05.

[061] Finalmente, o ar terciário é injetado a uma predeterminada velocidade dentro da câmara de combustão, através da passagem em formato de coroa circular (25) , provida entre o tubo guia de chama (5) e o elemento tubular (7), e através dos furos (21) da protrusão anular (7' ) do elemento tubular (7) na chamada zona terciária (24), a jusante da zona secundária (23) onde é envolvido na combustão terciária.

[062] O gás combustivel secundário é injetado a uma predeterminada velocidade dentro da câmara de combustão, através do tubo (15), cruza a zona secundária (23) e alcança a zona terciária (24), onde é envolvido na combustão terciária.

[063] A combustão terciária ocorre mediante mistura na zona terciária (24) de todo o gás secundário que sai do tubo (5) com os produtos de combustão derivados das combustões primária e secundária, com a segunda porção de ar secundário que sai dos furos (19) , isto é, com o ar não-queimado da combustão secundária, e com todo o ar terciário, de modo a ter um significativo excesso de gás. O ar terciário permite completar a combustão total dentro da câmara de combustão.

[064] Vantajosamente, as velocidades de injeção do ar terciário e do gás secundário e a geometria dos furos (21) são de tal ordem que criam redemoinhos capazes de expansão até os gases queimados da câmara (isto é, criam a chamada recirculação dos gases de combustão) e diminuem a percentagem de oxigênio na combustão, conseqüentemente, reduzindo a emissão de NOx.

[065] Vantajosamente, o queimador não exige pressões de ar e gás acima daquelas usadas nos queimadores tradicionais (500-700 daPa), como ocorre com os queimadores sem chama. A injeção do ar e a injeção do gás diferenciado em três zonas (22), (23), (24) e dentro de duas zonas (22) e (24), respectivamente, a adicional diluição da combustão primária em pelo menos duas sub-combustões e a velocidade de injeção do ar terciário e do gás secundário criando uma significativa recirculação dos gases de combustão, permite a geração de uma combustão com uma chama particularmente diluida e com uma produção particularmente baixa de NOx. Além disso, em circunstâncias especificas, tais como, temperatura da câmara acima de 800°C e proporção de combustão, onde À<1,1, a recirculação dos gases de combustão é de tal ordem que torna a chama invisivel, e permite entrar em uma faixa de operação característica de queimadores sem chama, com um fator de recirculação Kv= [mexaurído/ (mCombustíveifmcomt>urente) ] igual a aproximadamente 4, onde "m" é a velocidade de fluxo.

[066] A principal vantagem de um queimador de acordo com a presente invenção é dada pelo fato de que o queimador é bem sucedido na operação com baixas emissões de NOx, a partir do momento de ignição a frio até a máxima temperatura de uso, sem exigir quando a temperatura da câmara for baixa, significativo excesso de ar para aumentar a estabilidade da chama, como ocorre com a maioria dos queimadores que utilizam a técnica de combustão estabilizada. A estabilidade de chama fria é garantida pelo fato de que a combustão primária sempre opera em proporção estequiométrica.

[067] O comprimento da chama varia de acordo com a geometria e ângulo de inclinação dos furos (19) e (21) ; quanto mais os furos (19) são angulados e em forma de "ângulo de redemoinho", mais curta é a chama.

[068] As ignições do queimador são obtidas com o eletrodo (16) , isto é, com o piloto para o qual é feito um furo dedicado (16') no cabeçote de combustão (13). A detecção de chama é provida com a célula de UV ou com o mesmo eletrodo de ignição (16) ou com outro eletrodo. A célula de UV é conectada ao tubo (12) e se comunica com a chama através de um furo dedicado (12') no cabeçote de combustão (13).

[069] A seguir, são indicados certos parâmetros do processo de combustão, que garantem uma efetiva combustão, e certos dados de projeto do queimador de acordo com a presente invenção: - a velocidade média de injeção do ar comburente primário através dos furos (18) pode variar de 70 a 120 m/s, com o ar pré-aquecido à temperatura de 400 °C, preferivelmente, de 100 a 120 m/s; - a velocidade média de injeção do ar comburente secundário através dos furos (19) pode variar de 70 a 120 m/s, com o ar pré-aquecido à temperatura de 400°C, preferivelmente, de 80 a 100 m/s; - a velocidade média de injeção do ar comburente terciário através dos furos (21) e da passagem de formato de coroa circular (25) pode variar de 70 a 120 m/s, com o ar pré-aquecido à temperatura de 400°C, preferivelmente, de 110 a 120 m/s; - a divisão do ar nos diversos estágios de combustão é: 5-40% para o ar primário, 5-60% para o ar secundário, e 5-60% para o ar terciário, preferivelmente, a ótima divisão sendo de 15-20% para o ar primário, 30-35% para o ar secundário, e 50-55% para o ar terciário; - a pressão da entrada de ar comburente dentro do tubo (3) pode variar de 45 a 70 mbar, de acordo com a velocidade de injeção do ar e a geometria dos furos; - a velocidade média de injeção do gás combustivel primário através dos furos (17) pode variar de 60 a 110 m/s, com o gás à temperatura ambiente, preferivelmente, de 80 a 100 m/s; - a velocidade média de injeção do gás combustivel secundário através do tubo (15) na seção de passagem (20) pode variar de 60 a 110 m/s, com o gás à temperatura ambiente, preferivelmente, de 90 a 110 m/s; - a proporção de combustão Ài da combustão primária ou das sub-combustões primárias (gerada pela saida de ar primário e pela velocidade de gás primário) pode variar de 0,85 a 1,05; a proporção de combustão X2 da combustão secundária (gerada pela saida de ar secundário e pela velocidade de gás primário não-queimado) pode variar de 2,5 a 2,7, portanto, com ar em excesso; - a proporção de combustão À3 da combustão terciária (gerada pela saida de ar terciário e pela velocidade de gás secundário) pode variar de 0,55 a 0,7, portanto, com gás em excesso; - a pressão de gás combustivel que entra no tubo (4) pode vaiar de 45 a 70 mbar, de acordo com a velocidade de injeção do gás e a geometria dos furos; os furos (18) do ar primário, tendo seção circular, podem variar de 4 a 8; - os furos (19) do ar secundário, preferivelmente, tendo seção retangular, e obtidos na borda do cabeçote de combustão (13) podem variar de 10 a 14, preferivelmente, sendo em número de 12, conforme mostrado na figura 3; - os furos (21) do ar terciário podem variar de 2 a 4, e podem apresentar um formato circular ou retangular, ou um formato de parte de seção circular ou semi-eliptica, se forem obtidos sobre uma borda da dita protrusão anular (7' ) do elemento tubular (7); - os furos (17) do gás primário, que apresentam seção circular, podem variar de 2 a 4; - o tubo (15) do gás secundário, que apresenta um comprimento variável de 50 a 80 mm, preferivelmente, esse comprimento é de 60 a 70 mm. A proporção entre o comprimento do tubo (15) e o comprimento do elemento tubular (7) é igual a cerca de 2/3; - os furos (18) são dispostos substancialmente ao longo de um perimetro, que apresenta um diâmetro igual a cerca de 2/3 do diâmetro externo do cabeçote ou difusor de combustão (13); - os furos (17) são dispostos substancialmente ao longo de um perimetro, que apresenta um diâmetro igual a cerca de 1/3 do diâmetro externo do cabeçote de combustão (13) ; - os furos (19) são dispostos substancialmente ao longo de um perimetro, que apresenta um diâmetro igual ao diâmetro externo do cabeçote de combustão (13); - os furos (19) do ar secundário apresentam um ângulo do lado direito, de modo a obter um fluxo em redemoinho; preferivelmente, o ângulo de redemoinho pode se entre 10° e 15° e a inclinação com relação ao eixo (X) do queimador se dispõe entre 0o e 5o; - os furos (21) são dispostos substancialmente ao longo de um perimetro, que apresenta um diâmetro igual ao diâmetro externo do elemento tubular (7); - os furos (21) do ar terciário apresentam uma inclinação em relação ao eixo (X) do queimador que pode se situar entre -5o e 5o; preferivelmente, a inclinação é igual a 0o para que seja obtida uma chama fina e compacta; - a proporção entre o diâmetro interno do elemento tubular (7) e o comprimento do elemento tubular (7) é igual a aproximadamente 1, para aumentar a recirculação dos gases de combustão queimados no dito elemento tubular; - a proporção entre o diâmetro externo e o diâmetro interno do elemento tubular (7) pode ser entre 1,2 e 1,4; o material do elemento tubular (7), preferivelmente, é carbeto de silicio ou outro material adequado para aplicações de alta temperatura; - o tubo guia de chama (5) apresenta uma seção que diminui na direção da extremidade final, de modo a definir a passagem de formato de coroa circular (25) junto com o perfil externo do elemento tubular (7); o material do tubo guia de chama (5) , preferivelmente, é carbeto de silicio ou outro material adequado para aplicações de alta temperatura; - vantajosamente, a combustão primária dividida em sub-combustões ocorre diluidamente dentro do elemento tubular (7), na zona primária (22); - vantajosamente, a combustão secundária ocorre dentro do elemento tubular (7), na zona secundária (23); - vantajosamente, a combustão terciária começa e é completada em uma zona terciária (24), exterior ao elemento tubular (7) e ao tubo guia de chama (5), de modo a facilmente recircular os produtos das combustões anteriores.

[070] Com referência às vistas frontais do queimador na figura 3 e figura 7, a inclinação em relação ao eixo (X) dos furos (18) para passagem do ar primário pode variar entre 10° e 30°, ditos furos (18) apresentando seu próprio eixo de convergência com relação ao eixo (X) do queimador. Preferivelmente, metade dos furos (18) apresenta uma diferente inclinação com relação à outra metade. Os quatro furos (18) adjacentes aos furos (16') e (12'), que formam a carcaça do eletrodo e da célula de UV, respectivamente, apresentam uma inclinação preferida de 25°, os restantes quatro furos (18), preferivelmente, tendo uma inclinação de 15° .

[071] A inclinação com relação ao eixo (X) dos furos (17) do gás primário pode variar entre 0o e -15°; preferivelmente, metade dos furos (17) apresenta uma diferente inclinação com relação à outra metade. Preferivelmente, metade dos furos (17) apresenta uma inclinação de 0o, isto é, eles são paralelos ao eixo longitudinal (X) do queimador; a outra metade dos furos (17) apresenta uma inclinação de -10°, isto é, eles tem seu próprio eixo divergindo do dito eixo (X). De modo mais preferido, o número de furos (17) é igual a 4.

[072] Na primeira alternativa do difusor (13), ilustrada na figura 3, os furos (17), simetricamente opostos entre si com relação à metade da seção de saida do tubo (15) , apresentam uma inclinação de 0 o com relação ao eixo (X) , enquanto os outros dois furos (17) opostos entre si com relação ao tubo (15), apresentam uma inclinação de -10° com relação ao eixo (X) . As seções de saida dos furos (17) são preferivelmente dispostas, se consideradas em pares, de modo a definir linhas retas (M), (N) que interceptam com um ângulo de 45° a linha imaginária (Y) que une as seções de saida dos furos (16') e (12') .

[073] Na segunda alternativa do difusor (13), ilustrada na figura 7, os quatro furos (17) são dispostos em uma posição girada de 45°, em torno do eixo (X), com relação à posição ocupada na figura 3. Um primeiro par de furos (17), simetricamente opostos entre si com relação à metade da seção de saida do tubo (15), geralmente, coincidente com o eixo (X) , apresenta seus eixos paralelos ao eixo (X) . As seções de saida dos furos (17) são dispostas em dois pares, cujo dito primeiro par preferivelmente define a linha reta (M'), substancialmente paralela à linha imaginária (Y) , que une as seções de saida dos furos (16') e (12'). As seções de saida do segundo par de furos (17) são dispostas com relação ao eixo (X) do queimador, de modo a definir uma segunda linha reta (N' ) , que intercepta o eixo do tubo (15) e forma um ângulo de substancialmente 90° com a linha imaginária (Y), que une as seções de saída dos furos (16') e (12') ou vice- versa. Os eixos longitudinais do segundo par de furos (17) apresentam seu próprio eixo longitudinal inclinado de -10° com relação ao eixo (X) , na direção de uma divergência com relação ao eixo do tubo (15).

[074] Vantajosamente, a maneira pela qual as inclinações dos furos (17) e (18) são escolhidas com relação ao eixo (X) e a disposição dos furos (17) do gás primário com relação à linha (Y) , geram uma série de sub-combustões primárias, entre duas e quatro.

[075] Na primeira alternativa preferida mostrada na figura 3, o ar primário que sai dos furos (18) inclinados de 25° com relação ao eixo (X), é misturado com o gás primário que sai dos furos (17) inclinados de -10°, em uma área dentro da zona primária (22), a uma distância do cabeçote de combustão (13) igual a 1/3 da extensão do tubo (15) ; o ar primário que sai dos furos (18) inclinados de 25° é misturado com o gás primário que sai dos furos (17) inclinados de 0o, em uma área dentro da zona primária (22) e a uma distância do cabeçote de combustão (13) igual a cerca de 2/5 da extensão do tubo (15); o ar primário que sai dos furos (18) inclinados de 15° é misturado com o gás primário que sai dos furos (17) inclinados de -10°, em uma área dentro da zona primária (22) e a uma distância do cabeçote de combustão (13) igual a cerca de 3/5 da extensão do tubo (15) ; o ar primário que sai dos furos (18) inclinados de 15° é misturado com o gás primário com o gás primário que sai dos furos (17) inclinados de 0o, em uma área na borda da zona primária (22), a uma distância do cabeçote de combustão (13) igual aproximadamente à extensão do tubo (15) . Assim, com essa primeira alternativa, o resultado é de quatro sub-combustões primárias.

[076] Na segunda alternativa preferida da figura 7, o ar primário que sai dos furos (18) inclinados de 25° é misturado com o gás primário que sai dos furos (17) inclinados de 0o, em uma área dentro da zona primária (22) e a uma distância do cabeçote de combustão (13) igual a cerca de 2/5 da extensão do tubo (15); o ar primário que sai dos furos (18) inclinados de 15° é misturado com o gás primário que sai dos furos (17) inclinados de -10°, em uma área dentro da zona primária (22) e a uma distância do cabeçote de combustão (13) igual a cerca de 3/5 da extensão do tubo (15) . Assim, com essa segunda alternativa, o resultado é de duas sub-combustões primárias, ainda posteriores ao cabeçote de combustão (13), com relação à alternativa mostrada na figura 3.

[077] A figura 9 mostra os valores médios das emissões de NOx, do queimador obtido pelas duas alternativas na figura 3 e figura 7, ambas adequadas para operação em tratamentos térmicos, nos quais a temperatura do forno é exigida próxima da temperatura de ignição espontânea do combustível: - com a primeira alternativa na figura 3, as quatro sub-combustões primárias determinam uma satisfatória estabilidade a frio, uma estabilidade média a quente e satisfatórias emissões de NOx; - com a segunda alternativa na figura 7, as duas sub-combustões primárias determinam uma satisfatória estabilidade a frio, uma satisfatória estabilidade a quente e emissões médias de NOx.

[078] O processo de acordo com a invenção permite que as emissões poluentes sejam minimizadas em qualquer faixa de operação, como, por exemplo, em termos de potência do queimador, de temperatura de operação do forno, de temperatura do ar comburente, de excesso de oxigênio na câmara, etc.

[079] Meios de processamento e de controle de processo integrados com o queimador acima descrito podem ser providos para executar o processo de acordo com a invenção. O dito queimador tendo alta flexibilidade sob qualquer condição de uso, vantajosamente, apresenta baixos custos de fabricação e se caracteriza por níveis de emissão particularmente baixos desde seu primeiro momento de operação, desse modo, permitindo resultados industriais particularmente interessantes em todas as faixas de operação de um forno de tratamento térmico típico. Assim, o queimador da invenção também garante baixas emissões, quando as temperaturas de operação no forno oscilam durante um certo período próximas da temperatura de ignição espontânea do gás combustível.

[080] Os métodos de modalidade específica aqui descritos não restringem o conteúdo do presente pedido de patente, que cobre todas as alternativas da invenção, definidas nas reivindicações anexas.

Claims

1. Queimador industrial (1) de baixa emissão de NOx, compreendendo: - um corpo oco (2, 5) definindo um eixo longitudinal (X) ; - um elemento tubular (7), disposto dentro do dito corpo oco, em uma extremidade do mesmo; - um difusor (13), disposto dentro do dito elemento tubular (7), em uma primeira extremidade do mesmo no interior do corpo oco, de modo a definir um volume (26, 27) dentro do dito corpo oco (2, 5); - um tubo (3) para alimentar ar comburente dentro do dito volume (26, 27); - uma lança de injeção de gás combustivel (14), disposta dentro do dito corpo oco (2, 5) e conectada ao dito difusor (13); o dito difusor (13) sendo provido de: - primeiros furos (17) para injeção de uma primeira porção de gás combustivel proveniente da dita lança de injeção (14) dentro de uma primeira zona de combustão (22), a qual é localizada dentro do dito elemento tubular (7) e adjacente ao dito difusor (13) ; - segundos furos (18) para injeção de uma porção de ar comburente dentro da dita primeira zona de combustão (22); - terceiros furos (19) para injeção de uma segunda porção de ar comburente dentro de uma segunda zona de combustão (23), a qual é provida dentro do dito elemento tubular (7), a jusante da primeira zona de combustão (22) e se comunicando com a mesma, dita segunda porção de ar comburente cruzando a dita primeira zona de combustão (22); - um tubo (15) para injeção de uma segunda porção de gás combustivel proveniente da dita lança de injeção (14) dentro de uma terceira zona de combustão (24), a qual se dispõe exteriormente ao dito elemento tubular (7) , e se dispõe a jusante da segunda zona de combustão (23) se comunicando com a mesma, dita segunda porção de gás combustivel cruzando a dita segunda zona de combustão (23); - o queimador sendo ainda provido de uma passagem longitudinal (25), definida entre o perfil externo do dito elemento tubular (7) e o perfil interno da dita extremidade aberta do corpo oco (2, 5), para injeção de uma terceira porção de ar comburente dentro da dita terceira zona de combustão (24), caracterizado pelo fato de que uma parte dos segundos furos (18) apresenta uma diferente inclinação com relação à parte restante dos ditos segundos furos (18), para injeção da primeira porção de ar comburente dentro de ao menos duas subzonas de combustão primária, dentro da mesma primeira zona de combustão (22).

2. Queimador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita passagem longitudinal (25) apresenta uma seção transversal no formato de coroa circular.

3. Queimador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que em uma segunda extremidade do mesmo, o dito elemento tubular (7) é provido de uma protrusão anular (7'), a qual ocupa parte da dita passagem longitudinal (25), dita protrusão anular (7') sendo provida de quartos furos (21) para injeção de parte da dita terceira porção de ar comburente.

4. Queimador, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os ditos quartos furos (21) são dispostos ao longo de uma circunferência com o mesmo diâmetro do elemento tubular (7), e são inclinados com relação ao eixo longitudinal (X) de -5° a 5o.

5. Queimador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma parte dos primeiros furos (17) apresenta uma diferente inclinação com relação à parte restante dos ditos primeiros furos (17), para injeção da primeira porção de gás combustível dentro de ao menos duas subzonas de combustão primária, dentro da mesma primeira zona de combustão (22) .

6. Queimador, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os segundos furos (18) são dispostos ao longo de um perímetro que tem um diâmetro de cerca de 2/3 do diâmetro externo do difusor (13) , e são inclinados com relação ao eixo longitudinal (X) de 10° a 30°, ditos segundos furos sendo convergentes com relação ao dito eixo; e em que os primeiros furos (17) são dispostos ao longo de uma circunferência que tem um diâmetro de cerca de 1/3 do diâmetro externo do difusor (13), e são inclinados com relação ao eixo longitudinal (X) de um ângulo de 0o a - 15° .

7. Queimador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a proporção do comprimento para o diâmetro interno do elemento tubular (7) compreende os valores na faixa de 0,95 a 1,05.

8. Queimador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os terceiros furos (19) são dispostos ao longo de uma circunferência que tem o mesmo diâmetro do difusor (13) e apresenta um ângulo no lado direito de modo a obter um fluxo vertical.

9. Queimador, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os ditos terceiros furos (19) apresentam um ângulo de redemoinho de 10° a 15° e uma inclinação com relação ao eixo longitudinal (X) de 0o a 5o.

10. Processo de combustão de baixa emissão de NOx, implementável por meio de um queimador e um forno com o qual o dito queimador coopera definindo uma câmara de combustão, o processo sendo caracterizado pelo fato de compreender as etapas de : prover um queimador (1) que compreende: um corpo oco (2, 5) definindo um eixo longitudinal (X); - um elemento tubular (7), disposto dentro do dito corpo oco, em uma extremidade do mesmo; - um difusor (13), disposto dentro do dito elemento tubular (7), em uma primeira extremidade do mesmo no interior do corpo oco, de modo a definir um volume (26, 27) dentro do dito corpo oco (2, 5); - um tubo (3) para alimentar ar comburente dentro do dito volume (26, 27); - uma lança de injeção de gás combustivel (14), disposta dentro do dito corpo oco (2, 5) e conectada ao dito difusor (13); - dito difusor (13) sendo provido de: - primeiros furos (17) para injeção de uma primeira porção de gás combustivel proveniente da dita lança de injeção (14) dentro de uma primeira zona de combustão (22), a qual é localizada dentro do dito elemento tubular (7) e adjacente ao dito difusor (13); segundos furos (18) para injeção de uma porção de ar comburente dentro da dita primeira zona de combustão (22); - terceiros furos (19) para injeção de uma segunda porção de ar comburente dentro de uma segunda zona de combustão (23), a qual é provida dentro do dito elemento tubular (7), a jusante da primeira zona de combustão (22) e se comunicando com a mesma, dita segunda porção de ar comburente cruzando a dita primeira zona de combustão (22); - um tubo (15) para injeção de uma segunda porção de gás combustivel proveniente da dita lança de injeção (14) dentro de uma terceira zona de combustão (24), a qual se dispõe exteriormente ao dito elemento tubular (7), e se dispõe a jusante da segunda zona de combustão (23) se comunicando com a mesma, dita segunda porção de gás combustivel cruzando a dita segunda zona de combustão (23); o queimador sendo ainda provido de uma passagem longitudinal (25), definida entre o perfil externo do dito elemento tubular (7) e o perfil interno da dita extremidade aberta do corpo oco (2, 5), para injeção de uma terceira porção de ar comburente dentro da dita terceira zona de combustão (24), e em que uma parte dos segundos furos (18) apresenta uma diferente inclinação com relação à parte restante dos ditos segundos furos (18), para injeção da primeira porção de ar comburente dentro de ao menos duas subzonas de combustão primária, dentro da mesma primeira zona de combustão (22); - uma etapa de combustão primária, que ocorre mediante mistura na primeira zona de combustão (22) de uma primeira porção de ar comburente injetado através dos segundos furos (18), com uma primeira porção de gás combustivel injetada através dos primeiros furos (17) dentro de uma primeira proporção de ar/combustivel (Ài) substancialmente estequiométrica, desse modo, obtendo produtos de combustão primária e gás primário não-queimado; - uma etapa de combustão secundária, que ocorre mediante mistura na segunda zona de combustão (23) de uma segunda porção de ar comburente injetado através dos terceiros furos (19), com os ditos produtos de combustão primária e dito gás primário não-queimado com ar em excesso, de modo a obter uma segunda proporção super-estequiométrica de ar/combustivel (À2), desse modo, obtendo produtos de combustão secundária e ar secundário não-queimado; - uma etapa de combustão terciária, que ocorre mediante mistura na terceira zona de combustão (24) de uma segunda porção de gás combustivel injetado através do tubo (15), com uma terceira porção de ar comburente injetado através da passagem longitudinal (25), com ditos produtos de combustão primária e secundária e dito ar secundário não- queimado com gás em excesso, de modo a obter uma terceira proporção sub-estequiométrica de ar/combustivel (À3), para completar a combustão total dentro da câmara de combustão do forno.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a combustão primária compreende de duas a quatro sub-combustões primárias, a raiz de cada sub-combustão primária se dispondo a uma distância do difusor (3) e sendo diferente das outras sub-combustões primárias.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as ditas sub-combustões primárias apresentam a mesma proporção de combustão estequiométrica.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a primeira proporção de ar/combustivel (Ài) da combustão primária ou das sub- combustões primárias pode variar de 0,85 a 1,05; a segunda proporção de ar/combustivel (À2) da combustão secundária pode variar de 2,5 a 2,7; e a terceira proporção de ar/combustivel (À3) da combustão terciária pode variar de 0,55 a 0,7.

14.Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a velocidade média de injeção da primeira porção de ar comburente pode variar de 70 a 120 m/s com o ar pré-aquecido à temperatura de 400°C, e em que a velocidade média de injeção da segunda porção de gás combustível pode variar de 60 a 110 m/s, com o gás à temperatura ambiente.