BR112014013180B1 - Queimador, e método de combustão com liberação rápida de energia - Google Patents

Abstract

QUEIMADOR, E MÉTODO DE COMBUSTÃO COM LIBERAÇÃO RÁPIDA DE ENERGIA. Trata-se de um queimador tendo um bico com alto fator de forma, incluindo uma abertura de bico tendo um fator de forma de cerca de 10 a cerca de 75, o fator de forma sendo definido como o quadrado do perímetro de bico dividido pelo dobro da área de seção transversal do bico, e um bico anular envolvendo o bico com alto fator de forma, onde o bico com alto fator de forma é configurado para ser alimentado com um dentre gás combustível e gás oxidante, e o bico anular é configurado para ser alimentado com o outro dentre gás combustível e gás oxidante. Um método de combustão com liberação rápida de energia, incluindo alimentar um gás combustível e gás oxidante a um queimador tendo um bico com alto fator de forma e um bico anular envolvendo o bico com alto fator de forma.

Description

Antecedentes da Invenção

[0001] O objeto da presente invenção refere-se a um queimador de oxi-combustivel, que permite a liberação rápida de energia de combustão.

[0002] Queimadores de oxi-combustivel são utilizados em uma vasta gama de aplicações. Numa aplicação, queimadores de oxi- combustivel são empregados para fusão de sucata dentro de um forno (por exemplo, em conexão com a reciclagem de aluminio) . Em algumas aplicações, a prática de carregamento para introduzir sucata no forno faz com que o metal fique localizado relativamente perto da face do queimador. Quando tecnologias convencionais de queimadores de oxi-combustivel são utilizadas, a chama pode formar uma cavidade através da sucata, resultando em transferência ineficiente de calor para a sucata e altas temperaturas dos gases queimados. Em outra aplicação, queimadores de oxi-combustivel são usados em fornos de uma só passagem, onde qualquer calor não transferido rapidamente pode se perder na chaminé. Numa outra aplicação ainda, queimadores de oxi-combustivel são inflamados ao longo da largura de um forno tendo uma grande relação de aspecto (isto é, comprimento muito maior do que a largura) , tais como fornos de cuba e cubilôs, onde a rápida transferência do calor de combustão melhora significativamente a eficiência do forno.

[0003] Queimadores convencionais de oxi-combustivel, e métodos para utilizar queimadores para arrastar gases de forno para dentro da zona de combustão, são descritos na Patente dos EUA N°. 6.866.503 B2 e EUA Pub. N° . 2007/0254251 Al, que são aqui incorporadas por referência na sua totalidade. Outro queimador convencional conhecido como um "queimador de tubo-em- tubo" é divulgado na Figura 21.4 da seção 21.4.1 do Industrial Burners Handbook, CRC Press 2004. Existe a demanda nesta arte de um queimador e método tendo uma elevada taxa de liberação de calor uniforme, para melhorar a eficiência da transferência de calor para o forno e reduzir as temperaturas dos gases de combustão.

Breve Sumário da Invenção

[0004] Um queimador com liberação rápida de energia aqui descrito resolve problemas associados a queimadores e métodos convencionais, incluindo um bico com alto fator de forma cercado por um bico anular, para aumentar a misturação entre correntes de combustível e oxidante. A combinação dos bicos de queimador pode também evitar a diluição da zona de combustão, permitindo assim uma liberação rápida de energia de combustão.

[0005] Em um aspecto, o queimador emprega um bico central rebaixado. Em outro aspecto da invenção, o queimador produz uma chama que é relativamente volumosa em comparação com chamas convencionais. Como resultado, o queimador pode aquecer uniformemente uma carga dentro de um forno e fornecer um fluxo de calor de pico relativamente perto da face do queimador.

[0006] Um aspecto da invenção refere-se a um queimador que compreende pelo menos um bico tendo um fator de forma maior do que cerca de 10 e um bico anular envolvendo pelo menos um bico. Num aspecto, o queimador compreende uma pluralidade de bicos com alto fator de forma que são cercados pelo bico anular.

[0007] Numa forma de realização, um queimador é fornecido incluindo um bico com alto fator de forma e um bico anular. O bico com alto fator de forma inclui um corpo de bico e uma abertura de bico tendo um fator de forma de cerca de 10 a cerca de 75, o fator de forma sendo definido como o quadrado do perimetro do bico dividido pelo dobro da área de seção transversal do bico. O bico anular envolve o bico com alto fator de forma. O bico com alto fator de forma é configurado para ser alimentado com um dentre gás combustível e gás oxidante, e o bico anular é configurado para ser alimentado com o outro dentre gás combustível e gás oxidante.

[0008] Em um aspecto, o bico com alto fator de forma pode afunilar na direção da abertura de bico. Duas faces afuniladas, simetricamente posicionadas no corpo de bico, afunilam para dentro, cada qual com um ângulo de cerca de 15° a cerca de 30° com respeito a um eixo do queimador. O bico com alto fator de forma tem uma área de seção transversal e uma face de saida com uma área de cerca de 35% a cerca de 70% da área de seção transversal.

[0009] Em outro aspecto, o bico anular tem uma extremidade de descarga, e o bico com alto fator de forma pode ser deslocado axialmente a partir da extremidade de descarga por uma distância de deslocamento. O bico com alto fator de forma tem um diâmetro e, num aspecto, a abertura de bico do bico com alto fator de forma é rebaixada a partir da extremidade de descarga em menos de, ou igual a, cerca de um diâmetro do bico com alto fator de forma.

[00010] Em outro aspecto, uma abertura de bico anular é formada entre o bico anular e o bico com alto fator de forma, e a abertura do bico com alto fator de forma e a abertura do bico anular são dimensionadas, de modo a proporcionar uma relação de velocidades entre uma corrente de gás fluindo através do bico anular e uma corrente de gás fluindo através da abertura de bico com alto fator de forma, VANNULAR/ VHSFA de menos de cerca de 1.

[00011] O alto fator de forma pode ser posicionado centralmente dentro da abertura do bico anular, ou pode ser deslocado a partir de uma posição central. Mais de um bico com alto fator de forma pode ser posicionado dentro da abertura de bico anular.

[00012] Numa outra forma de realização, um queimador é fornecido tendo um bico com alto fator de forma e um bico anular. O bico com alto fator de forma inclui um corpo de bico, uma face de saida e uma abertura de bico na face de saida tendo um fator de forma de cerca de 10 a cerca de 75, o fator de forma sendo definido como o quadrado do perimetro do bico dividido pelo dobro da área da seção transversal do bico. O bico anular envolve o bico com alto fator de forma e tem uma extremidade de descarga. O bico com alto fator de forma é configurado para ser alimentado com um dentre gás combustível e gás oxidante, e o bico anular é configurado para ser alimentado com o outro dentre gás combustível e gás oxidante.

[00013] Numa outra forma de realização, um método de combustão com liberação rápida de energia é fornecido. O método inclui alimentar um gás combustível e gás oxidante para um queimador tendo um bico com alto fator de forma e um bico anular envolvendo o bico com alto fator de forma, direcionar um dentre gás combustível e do gás oxidante através do bico com alto fator de forma, e direcionar o outro dentre o gás combustível e o gás oxidante através do bico anular. O bico com alto fator de forma inclui abertura de bico tendo um fator de forma de cerca de 10 a cerca de 75, o fator de forma sendo definido pelo quadrado do perimetro do bico dividido pelo dobro da área da seção transversal do bico.

[00014] Em um aspecto, o método ainda inclui fazer com que a relação entre a velocidade do gás fluindo através da abertura de bico anular e a velocidade do gás fluindo através da abertura do bico com alto fator de forma, VANULAR/ VHSF, seja inferior a cerca de 1.

[00015] Outro aspecto da invenção refere-se a um método para a liberação rápida de energia para aquecer pelo menos um dentre aluminio, ferro, aço, cobre, chumbo e zinco, compreendendo o uso do queimador da invenção.

[00016] Os diversos aspectos da invenção aqui divulgados podem ser utilizados isoladamente ou em combinações uns com os outros.

Breve Descrição das várias Vistas dos Desenhos

[00017] A Fig. 1 é uma vista em perspectiva de um queimador com liberação rápida de energia, incluindo um bico com alto fator de forma rodeado por um bico anular.

[00018] A Fig. 2 é uma vista extrema de um queimador, como na Fig. 1.

[00019] A Fig. 3A é uma vista da seção transversal de um queimador, como na Fig. 1, obtida em uma seção vertical, como o bico aparece na Fig. 2.

[00020] A Fig. 3B é uma vista da seção transversal de um queimador, como na Fig. 1, obtida em uma seção horizontal, como o bico aparece na Fig. 2.

[00021] As Figs. 4A e 4B são fotografias que comparam uma chama de um queimador convencional (Fig. 4A) a uma chama formada por um queimador, incluindo um bico com alto fator de forma rodeado por um bico anular, tal como aqui descrito (Fig. 4B) .

[00022] A Fig. 5A é um gráfico do fluxo de calor em relação ao comprimento do forno em um forno de teste, comparando o perfil de liberação de calor de um queimador com liberação rápida de energia, com um queimador de oxi-combustivel de tubo- em-tubo convencional.

[00023] A Fig. 5B é um gráfico, sobreposto com um gráfico de um exemplar de forno rotativo, em que um queimador está instalado, que ilustra o fluxo de calor em relação ao comprimento de um queimador convencional, em comparação com um queimador com liberação rápida de energia, incluindo um bico com alto fator de forma rodeado por um bico anular.

[00024] A Fig. 6 é uma vista em planta de um exemplar de forno, tal como um forno de cuba ou cubilô, tendo uma grande proporção de comprimento para largura e queimadores múltiplos queimando lateralmente ao longo da largura do forno, com um espaço de combustão limitado.

[00025] As Figs. 7A e 7B são fotografias que comparam uma chama produzida por um bico com alto fator de forma, com uma ponta de corpo rombudo, a uma chama produzida por um bico com alto fator de forma com uma ponta afunilada.

[00026] A Fig. 8 é uma vista em perspectiva de um conjunto de bico com alto fator de forma para uso em um queimador com liberação rápida de energia.

[00027] A Fig. 9 é uma vista em perspectiva de seção transversal da seção axial I-I do bico da Fig. 8.

[00028] A Fig. 10A é uma vista frontal do corpo de bico da Fig. 8, que mostra a extremidade ou bico de descarga do corpo de bico.

[00029] A Fig. 10B é uma vista de seção transversal da seção II-II da Fig. 10A.

[00030] A Fig. 10C é uma vista de seção transversal da seção III-III da Fig. 10A.

[00031] A Fig. 10D é uma vista traseira do corpo de bico da Fig. 8, que mostra a extremidade de entrada do corpo de bico.

[00032] A Fig. 11 é uma vista em perspectiva de um conjunto alternativo de bico com alto fator de forma para utilização num queimador com liberação rápida de energia.

[00033] A Fig. 12A é uma vista frontal do corpo de bico da Fig. 11, que mostra a extremidade ou bico de descarga do corpo de bico.

[00034] A Fig. 12B é uma vista de seção transversal da seção IV-IV da Fig. 12A.

[00035] A Fig. 12C é uma vista de seção transversal da seção V-V da Fig. 12A.

[00036] A Fig. 13 apresenta definições de vários parâmetros de desenhos geométricos do corpo de bico das Figs. 12A, 12B, e 12C.

[00037] A Fig. 14 apresenta definições de vários parâmetros de desenhos geométricos do corpo de bico das Figs. 10A, 10B e 10C.

Descrição Detalhada Da Invenção

[00038] É descrito um queimador de oxi-combustivel, que pode facilitar a liberação rápida de energia de combustão para dentro do forno. Isso é conseguido por configurações geométricas especiais dos bicos de combustível e oxidante, resultando em uma chama relativamente volumosa, que é capaz de aquecer uma carga de forno de modo mais uniforme.

[00039] Tal como aqui utilizado, os termos "oxidador" e "oxidante" são usados de modo permutável entre si, significando um gás tendo, pelo menos, cerca de 20,9% em vol. de O2 , pode ter pelo menos cerca de 23% em vol. de O2 , ou pelo menos cerca de 30% em vol. de O2, ou pelo menos cerca de 60 % em vol. de 02, ou pelo menos cerca de 85% em vol. de O2 ou cerca de 100% de O2. Tal como aqui utilizado, "gás combustível" pode incluir qualquer combustível gasoso capaz de entrar em combustão em um oxidante ou oxidador.

[00040] As Figs. 1-3B mostram um exemplar de queimador 10 tendo um conduto externo 12 e um conduto interno 14. O conduto externo 12 termina num bico anular 20 que tem uma extremidade de descarga 22, e o conduto interno 14 termina num bico com alto fator de forma (HSF) 30. 0 bico com HSF 30 inclui uma face de saída 32 e um corpo de bico 34 ligado ao conduto interno 14. Uma abertura de bico 38 é formada na face de saída 32 do bico 30. Uma abertura de bico anular 28 é formada entre o bico anular 20 e o bico com HSF 30.

[00041] Um acendedor opcional 40, como mostrado nas figuras, pode ser fornecido para inflamação do queimador 10. Espaçadores 42 podem ser fornecidos para posicionar o bico com HSF 30 no interior do bico anular 20. Além disso, uma passagem de arrefecimento 44 pode ser fornecida no bico externo 12, para permitir que o fluxo de um líquido de arrefecimento remova calor do bico anular 20.

[00042] Durante operação do queimador 10, o bico com HSF 30 é alimentado com uma corrente interna de gás combustível ou gás oxidante, através do conduto interno 14, e o bico anular 20 é alimentado com uma corrente externa de gás combustível ou gás oxidante pelo conduto externo 12. Um dentre gás combustível e gás oxidante é alimentado ao bico com HSF 30, e o outro dentre gás combustível e gás oxidante é alimentado ao bico anular 20. Ao sair do bico com HSF 30, a corrente interna forma um jato interno de gás que arrasta a corrente externa de gás. Numa forma de realização, o gás combustivel é alimentado como a corrente interna para o bico com HSF 30, enquanto gás oxidante é alimentado como a corrente externa para o bico anular 20. Numa outra forma de realização, gás oxidante é alimentado como a corrente interna para o bico com HSF 30, enquanto gás combustivel é alimentado como a corrente externa para o bico anular 20.

[00043] Como mostrado nas Figs. 1-3B, o bico anular 20 circunda completamente o bico com alto fator de forma 30. Numa forma de realização, o bico com alto fator de forma 30 está disposto centralmente no interior do bico anular 20, de modo que a abertura de bico anular 28 fique simétrica em torno do bico com alto fator de forma 30. Em outra forma de realização, uma pluralidade de bicos com alto fator de forma 30 está posicionada no interior do bico anular, e rodeada pela abertura de bico anular 28.

[00044] A abertura de descarga do bico com alto fator de forma 38 tem uma geometria, que ajuda a corrente interna de saida a produzir um alto grau de arrasto de fluido da corrente externa. Na forma de realização representada, o bico 30 pode ser descrito como de formato "entalhado" ou "em ziper". A abertura de bico 38 é caracterizada por um fator de forma, o, que é de pelo menos cerca de 10, em que o é um parâmetro adimensional definido comoo = P2/2Aonde P é o perimetro da abertura de descarga e A é a área de escoamento da abertura de descarga. A dimensão do perimetro é a dimensão das bordas úmidas da abertura de descarga, conforme medidas no plano da face de bico, onde o bico efetua descarga para a zona de combustão.

[00045] O fator de forma determina a extensão da interação entre o jato interno e a corrente envolvente externa. Várias geometrias podem ser utilizadas para alcançar o desejado fator de forma, o, incluindo aquelas aqui mostradas, assim como na Patente dos EUA N°. 6.866.503, aqui incorporada por referência. Como um exemplo, o bico 30 representado na forma de realização das Figs. 1-3, com uma ranhura central e quatro ranhuras transversais, possui um fator de forma de 41,6. Um bico semelhante com uma ranhura central e três ranhuras em cruz tem um fator de forma de cerca de 32,9. Por comparação, o fator de forma de um bico circular convencional é de cerca de 6,28 (isto é, 2π) . O fator de forma para bicos com HSF 30 em um queimador com liberação rápida de energia 10, tal como aqui descrito, pode variar de, pelo menos, cerca de 10 a tanto quanto cerca de 75, e é, de preferência, maior ou igual a cerca de 10, mais preferencialmente, superior ou igual a cerca de 25 e, mais preferencialmente, superior ou igual a cerca de 35. Assim, o fator de forma para os bicos com HSF pode ser de cerca de 1,5 a cerca de 12 vezes maior que de um bico circular convencional e, nos modos de realização exemplificativos representados na Fig. 1-3, o fator de forma do bico é cerca de 6,6 vezes maior do que um bico circular convencional. Tais fatores de forma foram mostrados em simulações e testes, para poder obter um perfil de liberação rápida do fluxo de calor, como discutido abaixo em mais pormenor em relação às Figs. 5A e 5B.

[00046] 0 bico com alto fator de forma 30 cria áreas ou bolsões de baixa pressão em torno do perimetro da abertura de bico 38 e, em particular, entre as ranhuras, o que ajuda a arrastar gases circundantes. 0 jato de corrente interna (por exemplo, gás combustível), que sai da abertura de bico com alto fator de forma 38, atua para arrastar a corrente externa (por exemplo, gás oxidante) que sai da abertura de bico anular 28. 0 formato da abertura de bico 38 faz com que o jato de corrente interna crie turbulência, misturando assim rapidamente as correntes interna e externa, e resultando em uma chama espessa com liberação de alta energia. Sem desejar estar ligado a qualquer teoria ou explicação, em geral, quanto maior for o fator de forma, mais rápida será a misturação entre as correntes de combustível e oxidante e, portanto, mais volumosa a chama tende a ser.

[00047] A liberação rápida de energia pode ser alcançada por melhorada misturação dos fluxos de combustível e oxidante. Vários fatores, em combinação com o uso de bicos com alto fator de forma, podem ser empregados para obter um perfil de fluxo rápido de calor. Num aspecto, o bico com HSF 30 pode ser completamente rodeado pelo bico anular 20. Isto maximiza a interação entre as correntes de gás combustível e de gás oxidante para promover misturação rápida.

[00048] Em outro aspecto, o bico com HSF 30 pode ter um formato afunilado, como mostrado na Fig. 3, com o corpo de bico 34 do bico 30 tendo faces afuniladas 36 que são inclinadas para dentro em direção à face de saída 32. O ângulo de afunilamento, H, pode ser de cerca de 15° a cerca de 45°, de preferência, de cerca de 15° a cerca de 30° e, mais preferivelmente, de cerca de 20°. As faces afuniladas 36 reduzem o superaquecimento do bico 30, minimizando a recirculação da corrente externa na face de saída 32. As faces afuniladas 36 também ajudam a uniformizar a corrente externa fluindo a partir da abertura de bico anular 28 para a corrente interna ou jato saindo pela abertura de bico com HSF 38. Num aspecto, o bico com HSF 30 tern urn piano central definido pela abertura de bico 38, e as faces afuniladas 36 estão em lados opostos do corpo de bico 34 e afunilam para dentro em direção ao plano central, de tal modo que projeções das faces oposta e do plano central se interceptem em uma linha na zona de combustão, a além da face de saida 32 do bico 30.

[00049] As faces afuniladas 36 podem ser ainda definidas pela relação em área entre a face de saida do bico com HSF 32 (AF) e a área de seção transversal do bico com HSF 30 (AN) . Como mostrado nas Figs. 2 e 3A, o bico com HSF 30 tem um diâmetro DHSF e a face externa 32 tem uma altura XF, que é menor do que o diâmetro DHSF- A partir da vista extrema da Fig. 2, pode ser visto que a diferença entre a área de AN e AF é o dobro da área projetada dos segmentos de circulo que representam as faces afuniladas 36, cada um desses segmentos de circulo sendo definido como incluindo um ângulo θ. Especificamente, a área de bico com HSF AN pode ser calculada como:

enquanto a área da face externa do bico com HSF AF pode ser calculada como:

onde θ = 2 arccos (XF/DHSF) • A relação em área AF/AN pode ser de cerca de 35% a cerca de 70%, o que corresponde aproximadamente a um intervalo XF/DHSF de cerca de 28% a cerca de 59% e um intervalo de ângulo θ incluido de cerca de 108° a cerca de 147°. Na forma de realização representada nas Figs. 1-3B, o ângulo incluido θ é de cerca de 132° e a relação XF/DHSF é de cerca de 41%, resultando numa relação em área AF/AN de cerca de 51% .

[00050] O formato afunilado do bico com HSF 30 ajuda a reduzir significativamente a temperatura da superfície da face de saida 32, a qual não é fornecida com qualquer arrefecimento externo nas formas de realização descritas. Sem estar limitado pela teoria, acredita-se que um bico com HSF não tendo faces afuniladas crie zonas de recirculação da corrente anular de gás, quando ela passa sobre a extremidade do corpo rombudo do bico com HSF. Isso resulta em misturação rápida do gás combustível e oxidante, bem como o arrasto dos gases de forno, na face de saida do bico com HSF, que faz com que a chama fique essencialmente ancorada à face do bico de cada lado da abertura do bico com ziper. Em contraste, um bico com HSF 30 tendo faces afuniladas 36 e uma relação em área AF/AN, tal como aqui descrito, permite que a corrente anular de gás seja conduzida radialmente para dentro, para ser arrastada na corrente interna de gás, criando uma chama que emana essencialmente a partir da abertura de bico 38. Isto resulta em menos calor sendo transmitido para a face de saida 32.

[00051] As Figs. 7A e 7B comparam as características de chama de dois queimadores, o queimador na Figura 7A tendo um bico com HSF, com um corpo rombudo e nenhuma face afunilada (isto é, AF/AN =1), e o queimador na Fig. 7B tendo um bico com HSF 30, como aqui descrito, com faces afuniladas 36 e uma relação em área AF/AN de cerca de 51%. Em ambos os casos, gás combustível foi escoado através do bico com HSF 30, enquanto oxidante foi escoado através do bico anular 20. O queimador da Fig. 7A apresenta duas chamas distintas, uma de cada lado da abertura de bico com HSF 39. A foto da Figura 7A também mostra que a face de saida do bico com HSF é aquecida até o ponto, onde ela brilha. Em contraste, o queimador da Fig. 7B apresenta uma chama que emana da abertura de bico 38, e a face de saída 32 do bico com HSF 30 é muito mais fria e não brilha.

[00052] Em outro aspecto ainda, a face de saída 32 do bico com HSF 30 pode ser axialmente deslocada da extremidade de descarga 22 do bico anular 20 por uma distância de deslocamento, XR. A distância XR pode ser tão grande quanto cerca de ± 1 diâmetro, DHSFZ do bico 30. Isto é, a face de saída 32 do bico com HSF 30 pode ser rebaixada em até cerca de um diâmetro DHSF com respeito à extremidade de descarga 22, tal como indicado na Fig. 3A. O rebaixamento do bico com HSF 30 ajuda a garantir que o jato de gás interno (combustível ou oxidante), que sai da abertura de bico 38, seja completamente rodeado pela corrente anular de gás a ser arrastada (oxidante ou combustível, respectivamente) e possa evitar a diluição da raiz da chama pelos gases do forno, sem sobreaquecer o bico anular externo 20. 0 rebaixamento do bico com HSF 30 também permite que os fluxos de combustível e oxidante se misturem antes de arrastar os gases do forno, minimizando, assim, a diluição da misturação dos fluxos de combustível e oxidante pelos gases do forno no bico com HSF 30. Caso contrário, particularmente quando o gás combustível e/ou oxidante tiverem baixas dinâmicas, a diluição pode resultar em misturação retardada dos fluxos de combustível e oxidante.

[00053] Em alternativa, a face de saída 32 do bico com HSF 30 pode ficar saliente, tanto quanto cerca de um diâmetro DHSH além da extremidade de descarga 22, em particular para uma configuração, em que o gás combustível e/ou oxidante têm altas dinâmicas. Ainda em alternativa, a face de saída 32 do bico com HSF 30 pode ser aproximadamente nivelada ou alinhada com a extremidade de descarga 22.

[00054] Em outro aspecto ainda, o volume de chama pode ser controlado pela velocidade do bico com HSF e pela relação entre a velocidade da corrente anular e a velocidade do jato interno. Especificamente, o volume de chama pode ser melhorado através do controle da relação entre a velocidade da corrente externa ou anular (VANNULAR) e a velocidade da corrente interna que sai do bico com HSF (VHSF) t para ser inferior a cerca de 3. Numa forma de realização, a velocidade da corrente anular é controlada para ser menor do que a velocidade da corrente interna que sai do bico com HSF, ou seja, VANNULAR/VHSF <1. De preferência, a relação de velocidades entre o fluxo anular e o jato interno (VANNULAR/VHSF) é de cerca de 0,1 a cerca de 1. Mais de preferência, a relação de velocidades VANULAR/VHSF é de cerca de 0,3. Ou seja, a velocidade do jato interno é tipicamente igual a cerca de 30% da velocidade do fluxo anular, de modo que o jato interior arraste o fluxo de gás anular circundante para criar uma boa misturação e, por sua vez, uma chama relativamente volumosa. Num exemplo, a velocidade do jato interno pode ser menor que, ou igual a, cerca de 600 pés/s (por exemplo, cerca de 100 pés/s a cerca de 300 pés/s), e a velocidade do fluxo anular pode ser correspondentemente inferior ou igual a cerca de 600 pés/s e, de preferência, inferior ou igual a cerca de 180 pés/s (por exemplo, cerca de 30 pés/s a cerca de 90 pés/s).

[00055] Num outro aspecto, as ranhuras do bico com HSF 30 podem ter um ângulo de expansão (abaixo descrito em mais detalhe com referência às Figs. 9 e 11), a fim de misturar eficazmente com o fluxo anular e para gerar uma "chama espessa" para melhorar a cobertura radial da chama.

[00056] Formatos e modelos de bicos adequados para utilização nas formas de realização descritas são descritos na Patente dos EUA 6.866.503 B2, que é aqui incorporada por referência. Um desses modelos de bico é ilustrado na Fig. 8. Um conjunto de bico 601 compreende um corpo de bico 602 tendo faces afuniladas 603 e uma face de saida 617, o corpo de bico 602 sendo unido ao conduto ou tubo de entrada do bico 605. 0 conjunto de bico 601 é análogo ao bico com HSF 30 descrito com referência às Figs. 1-3B. Uma ranhura central 607, aqui ilustrada como orientada verticalmente, é interceptada por ranhuras transversais 609, 611, 613 e 615. Como abaixo descrito em detalhes, a direção longitudinal da ranhura central 607 (isto é, um eixo principal do bico com HSF 30) define um plano central estendendo-se geralmente axialmente para fora a partir da face de saida 617. As ranhuras são dispostas entre a face de saida 617 e uma face de entrada (não mostrada) no ponto de ligação entre o corpo de bico 603 e o tubo de entrada do bico 605. Um primeiro gás (dentre combustível e oxigênio) 619 flui através do tubo de entrada do bico 605 e através das ranhuras 607, 609, 611, 613 e 615, e, em seguida, se mistura com um segundo gás (o outro dentre o combustível e oxigênio), que flui na corrente anular em torno das saldas da ranhura. A abertura formada pelas ranhuras 607, 609, 611, 613 e 615 forma o bico com HSF 30, como anteriormente descrito.

[00057] Além do padrão de ranhura representado na Fig. 8, outros padrões de ranhura são possíveis, como descrito mais tarde. Além disso, o conjunto de bico 601 pode ser usado em qualquer orientação e não se limita à orientação geralmente horizontal mostrada. Na realização exemplar representada, quando vista em uma direção perpendicular à face de saida 617, ranhuras exemplares 609, 611, 613 e 615 interceptam a ranhura 607 em ângulos retos. Outros ângulos de interseção são possíveis entre as ranhuras exemplares 609, 611, 613 e 615 e a ranhura 607. Da mesma forma, quando vistas numa direção perpendicular à face de saída 617, ranhuras exemplares 609, 611, 613 e 615 são paralelas entre si; no entanto, outras formas de realização são possíveis, em que uma ou mais dessas ranhuras não são paralelas às ranhuras restantes.

[00058] O termo "ranhura", tal como aqui utilizado, é definido como uma abertura através de um corpo de bico ou outro material sólido, em que qualquer seção transversal de ranhura (isto é, uma seção perpendicular ao eixo do fluxo de entrada abaixo definido) não é circular e é caracterizado por um eixo principal e um eixo menor. 0 eixo principal é maior do que o eixo menor e os dois eixos são geralmente perpendiculares. Por exemplo, o eixo da seção transversal principal de qualquer ranhura da Fig. 8 se estende entre as duas extremidades da seção transversal da ranhura; o eixo da seção transversal menor é perpendicular ao eixo principal e se estende entre os lados da seção transversal da ranhura. A ranhura pode ter uma seção transversal de qualquer formato não circular e cada seção transversal pode ser caracterizada por um ponto central ou centróide, onde centróide tem a definição geométrica habitual.

[00059] Uma ranhura pode ser ainda caracterizada por um eixo de ranhura definido como uma linha reta ligando os centróides de todas as seções transversais de ranhura. Além disso, uma ranhura pode ser caracterizada ou definida por um plano central que cruza os principais eixos de seção transversal de todas as seções transversais de ranhura. Cada seção transversal de ranhura pode ter simetria perpendicular em ambos os lados desse plano central. O plano central se estende até além de uma das extremidades da ranhura e pode ser utilizado para definir a orientação da ranhura em relação ao eixo do fluxo de entrada do corpo de bico, tal como abaixo descrito.

[00060] A seção axial I-I do bico 601 da Fig. 8 é mostrada na Fig. 9. Um eixo do fluxo de entrada 701 passa através do centro do tubo de entrada do bico 605, da face de entrada 703, e da face de saida 617. Nesta forma de realização, os planos centrais das ranhuras 609, 611, 613 e 615 se estendem em ângulos com relação ao eixo do fluxo de entrada 701, de tal modo que gás flua a partir das ranhuras na face de saida 617 em direções divergentes do eixo do fluxo de entrada 701. O plano central da ranhura 607 (somente uma porção dessa ranhura é vista na Fig. 9) também se estende em um ângulo com relação ao eixo do fluxo de entrada 701. Como será visto mais tarde, esta característica exemplar pode direcionar a corrente gasosa interna da face de saida do bico 617 em outra direção divergente a partir do eixo do fluxo de entrada 701. Nesta forma de realização exemplar, quando vista numa direção perpendicular ao corte axial da Fig. 9, ranhuras 609 e 611 se cruzam na face de entrada 703 para formar a borda afiada 705, as ranhuras 611 e 613 se cruzam para formar a borda afiada 707, e as ranhuras 613 e 615 se cruzam para formar a borda afiada 709. Essas bordas afiadas fornecem separação de fluxo aerodinâmico para as ranhuras e reduzem a queda de pressão associada a corpos rombudos. Em alternativa, essas ranhuras podem se interceptar em uma localização axial entre a face de entrada 703 e a face de saida 617, e as bordas afiadas serão formadas dentro do corpo de bico 603. Alternativamente, essas ranhuras podem não se interceptar, quando vistas numa direção perpendicular à seção axial da Fig. 9, e nenhuma borda afiada será formada.

[00061] O termo "eixo do fluxo de entrada", tal como aqui utilizado, é um eixo definido pela direção de fluxo de fluido que entra no bico com HSF na face de entrada, em que esse eixo passa através das faces de entrada e saida. Tipicamente, mas não em todos os casos, o eixo do fluxo de entrada é perpendicular ao centro da face de entrada do bico 703 e/ou da face de saida do bico 617, e encontra as faces perpendicularmente. Quando o tubo de entrada do bico 605 é um conduto cilíndrico tipico, como mostrado, o eixo do fluxo de entrada pode ser paralelo ou coincidente ao eixo do conduto.

[00062] 0 comprimento da ranhura axial é definido como o comprimento de uma ranhura entre a face de entrada do bico e a face de saida do bico, por exemplo, entre a face de entrada 703 e a face de saida 617 da Fig. 9. A altura da ranhura é definida como a distância perpendicular entre as paredes da ranhura, no eixo de seção transversal menor. A relação do comprimento axial da ranhura para a altura da ranhura pode ser entre cerca de 1 e cerca de 20.

[00063] As várias ranhuras em um corpo de bico podem se interceptar num plano perpendicular ao eixo do fluxo de entrada. Como mostrado na Fig. 8, por exemplo, as ranhuras transversais 609, 611, 613 e 615 interceptam a ranhura central 607 em ângulos retos. Se desejado, essas ranhuras podem se interceptar num plano perpendicular ao eixo do fluxo de entrada em ângulos diferentes dos ângulos retos. Ranhuras adjacentes também podem se interceptar, quando vistas num plano paralelo ao eixo do fluxo de entrada, ou seja, o plano de corte da Fig. 9. Como mostrado na Fig. 9, por exemplo, as ranhuras 609 e 611 se interceptam na face de entrada 703, de modo a formar a borda afiada 705, como anteriormente descrito. As relações angulares entre os planos centrais das ranhuras, e também entre o plano central de cada ranhura e o eixo do fluxo de entrada, podem ser variadas, como desejado. Isto permite que a corrente interna de gás seja descarregada do bico, em qualquer direção selecionada em relação ao eixo do bico.

[00064] Vistas adicionais de um corpo de bico exemplar 603 são mostradas nas Figuras 10A a 10D. A Fig. 10A é uma vista em perspectiva frontal do corpo de bico; a Fig. 10B é uma vista da seção II-II da Fig. 10A e ilustra os ângulos formados entre os planos centrais das ranhuras e o eixo do fluxo de entrada. O angulo cg é formado entre o plano central da ranhura 615 e eixo do fluxo de entrada 701, e o ângulo a2 é formado entre o plano central da ranhura 609 e o eixo do fluxo de entrada 701. Os ângulos og e og podem ser iguais ou diferentes, e podem estar na faixa de 0 a cerca de 30 graus. O angulo «3 é formado entre o plano central da ranhura 611 e o eixo do fluxo de entrada 701, e o ângulo cg é formado entre o plano central da ranhura 613 e o eixo do fluxo de entrada 701. Os ângulos 0(3 e cg podem ser iguais ou diferentes, e podem estar no intervalo de 0 a cerca de 30 graus. Os planos centrais de quaisquer outras duas ranhuras adjacentes podem se interceptar num ângulo incluído entre 0 e cerca de 15 graus.

[00065] A Fig. 10C é uma vista da seção III-III da Fig. 10A, que ilustra o ângulo βi formado entre o plano central da ranhura 607 e o eixo do fluxo de entrada 701. O ângulo βi pode estar na faixa de 0 a cerca de 30 graus. As bordas externas da ranhura 611 (bem como das ranhuras 609, 613 e 615) podem ser paralelas ao plano central da ranhura 607.

[00066] A Fig. 10D é um desenho em perspectiva posterior do corpo de bico das Figs. 7 e 8, que dá outra visão das bordas afiadas 705, 707 e 709 formadas pelas interseções das ranhuras 609, 611, 613 e 615.

[00067] Outro tipo de bico encontra-se ilustrado na Fig. 11, no qual as ranhuras no corpo de bico 901 são dispostas sob a forma de duas cruzes 903 e 905. Uma vista em perspectiva frontal do corpo de bico é mostrada na Fig. 12A, em que a cruz 903 é formada pelas ranhuras 1007 e 1009, e a cruz 905 é formada pelas ranhuras 1001 e 1013. Uma vista de seção IV-IV da Fig. 12A mostrada na FIG. 12B mostra os planos centrais das ranhuras 1009 e 1011 divergentes a partir do eixo do fluxo de entrada 1015 pelos ângulos «5 e ag. -Os ângulos ot5 e «6 podem ser iguais ou diferentes, e podem estar no intervalo de 0 a cerca de 30 graus. As bordas externas da ranhura 1007 podem ser paralelas ao plano central da ranhura 1009 e as bordas externas da ranhura 1013 podem ser paralelas ao plano central da ranhura 1011. Nesta forma de realização, as ranhuras 1007 e 1011 se interceptam para formar a borda afiada 1012.

[00068] Uma vista de seção V-V da Figura 12A é mostrada na Figura 12C, que ilustra como o plano central de ranhura 1013 se afasta do eixo do fluxo de entrada 1015, através do ângulo incluido p2, que pode estar no intervalo de 0 a cerca de 30 graus. As bordas externas da ranhura 1011 podem ser paralelas ao plano central da ranhura 1013.

[00069] Como acima descrito, as ranhuras podem interceptar outras ranhuras em uma ou ambas de duas configurações. Em primeiro lugar, as ranhuras podem se interceptar, quando vistas numa vista perpendicular à face de saida do corpo de bico (ver, por exemplo, as Figs. 10A ou 12A) ou, quando vistas numa seção transversal de ranhura (ou seja, uma seção perpendicular ao eixo do fluxo de entrada entre a face de entrada e a face de saida). Em segundo lugar, ranhuras adjacentes podem se interceptar, quando vistas numa seção obtida em paralelo ao eixo do fluxo de entrada (ver, por exemplo, as Figs. 9, 10B e 12B) . Uma interseção de duas ranhuras ocorre, por definição, quando um plano tangente a uma parede de uma ranhura intercepta um plano tangente a uma parede de uma ranhura adjacente, de tal modo que a interseção dos dois planos se encontre entre a face de entrada e a face de saida, na face de entrada, e/ou na face de saida do bico. Por exemplo, na Fig. 9, um plano tangente a uma parede da ranhura 609 intercepta um plano tangente a uma parede da ranhura 607 e a interseção dos dois planos se encontra entre a face de entrada 703 e a face de saida 617. Um plano tangente à parede superior da ranhura 609 e um plano tangente à parede inferior da ranhura 611 se interceptam na borda 705, na face de entrada 703. Em outro exemplo, na Fig. 12B, um plano tangente à parede superior da ranhura 1013 e um plano tangente à parede inferior da ranhura 1007 se cruzam na borda 1012 entre as duas faces do bico.

[00070] Cada uma das ranhuras nas formas de realização exemplares acima descritas tem paredes internas, geralmente planas e paralelas. Outras formas de realização são possiveis, em que as paredes planas de uma ranhura podem convergir ou divergir, uma em relação à outra, na direção do fluxo de fluido. Em outras formas de realização, as paredes da ranhura podem ser curvas, em vez de planas. Cada uma das ranhuras, nas formas de realização exemplares acima descritas, tem uma seção transversal geralmente retangular com lados retilíneos e extremidades curvas.

[00071] Os bicos em forma de cruz e de ziper acima descritos fornecem um melhor desempenho em comparação com bicos circulares tradicionais em termos de misturação rápida; essa melhoria está diretamente relacionada à melhoria da liberação de energia para o forno, como resultado do uso destas geometrias de bicos exemplares. A Tabela 2 mostra intervalos tipicos dos parâmetros de projeto geométrico para esses bicos, que são úteis para efeito de misturação significativa das correntes de combustível e oxidante, o que aumenta a rapidez da liberação de energia de combustão. Os parâmetros de projeto são definidos nas Figs. 13 e 14.Tabela 2Faixas tipicas para Parâmetros de Projeto do Bico (Figs. 13 e 14)

[00072] As vantagens de um queimador com liberação rápida podem ser percebidas, em particular, quando o tempo ou espaço de combustão for limitado, por exemplo, em fornos de passagem única (Fig. 5B) , em processos em que a sucata está localizada muito perto da saida do queimador, e em fornos com grandes relações de aspecto, em que queimadores são alimentados ao longo da largura do forno, tais como fornos de cuba e cubilôs (Fig. 6).

[00073] Um queimador com liberação rápida de energia exemplificative, como mostrado nas Figs. 1-3B, foi operado em um forno de teste para obter uma comparação entre o queimador com liberação rápida de energia e um tipo de queimador de oxi- combustivel convencional de tubo-em-tubo mostrado na Figura 21.4 do Manual de Queimadores Industriais anteriormente identificado. Uma comparação fotográfica da forma da chama do queimador convencional (Fig. 4A) e do queimador com liberação rápida de energia (Fig. 4B) foi realizada por meio de fotografias tiradas por uma janela circular localizada perto da saida do queimador. Neste caso, combustivel (gás natural) foi alimentado ao bico com HSF e oxidante (oxigênio) foi fornecido ao bico anular. As direções do fluxo de combustivel (gás natural) e do fluxo de oxidante (oxigênio), e, assim, a orientação da chama, são indicadas nas Figuras. A Fig. 4B mostra claramente uma chama muito mais espessa e volumosa perto da saida do queimador, em comparação com a Fig. 4A. Sem desejar estar ligado por qualquer teoria ou explicação, é evidente que a rápida misturação de gás natural e (neste caso) e oxigênio na saida do queimador resulta na chama ser relativamente volumosa em comparação com aquela obtida pelo queimador de oxi- combustivel convencional.

[00074] Devido à misturação eficaz induzida pelo arranjo de bico com liberação rápida de energia, o perfil de liberação de energia ao longo do comprimento do forno torna-se mais concentrado e pode ser controlado para atingir um fluxo de calor pretendido. A Fig. 5A mostra uma comparação entre os perfis de fluxo de calor obtidos pelos queimadores de oxi- combustivel convencional e com liberação rápida de energia no forno de teste. A Fig. 5A ilustra que o queimador com liberação rápida de energia pode atingir um perfil de fluxo de calor, que fornece um fluxo de pico de calor mais perto da saida do queimador, do que um queimador convencional, e que proporciona um maior fluxo de calor integrado dentro dos primeiros seis pés da saida do queimador, do que um queimador convencional. Além disso, a liberação mais rápida de energia pode permitir o encurtamento do forno, pode resultar em menores temperaturas do gás de combustão, e pode permitir taxas mais baixas de queima (e, assim, proporcionar economia de combustível) para atingir o mesmo fluxo de calor liquido.

[00075] Um queimador com liberação rápida exemplar, como mostrado nas Figs. 1-3B, foi também instalado em dois fornos de tipo rotativo com passagem única para fusão de uma carga de metal, que são esquematicamente representados na parte superior da Fig. 5B. Quando esses fornos foram operados com um diferente queimador de oxi-combustivel (convencional), o refratário do duto de gás de combustão necessitou de reparações frequentes, um problema que foi atribuído à combustão incompleta dentro dos limites do forno e ao sobreaquecimento do conduto de gás de combustão. Mas, quando os mesmos fornos foram operados com um queimador com liberação rápida de energia, o conduto de gás de combustão operou a temperaturas mais baixas e o metal foi vazado a temperaturas mais elevadas usando as mesmas taxas de combustão do queimador, como com o queimador convencional. Um gráfico representativo do fluxo de calor é fornecido na Fig. 5B, mostrando um maior fluxo de calor integrado dentro do forno e um fluxo de calor mais baixo, no momento em que os gases de combustão alcançam o conduto de gás de combustão. Em outras palavras, o queimador com liberação rápida de energia foi capaz de liberar mais energia de combustão, dentro dos limites do forno, como resultado da misturação rápida, do que um sistema de queimador convencional, no qual o combustível e gases oxidantes continuaram a queimar e liberar energia para dentro do conduto de gás de combustão. Portanto, não só o queimador com liberação rápida de energia foi capaz de reduzir os danos para o refratário do conduto de gás de combustão, mas também o consumo de combustível foi capaz de ser reduzido em cerca de 10%, e o uso de oxigênio em cerca de 10% a cerca de 15%, enquanto que ainda alcançando o mesmo fluxo de calor liquido ao metal no interior do forno.

[00076] Determinou-se que um perfil de fluxo de calor predeterminado pode ser obtido, utilizando o queimador com liberação rápida de energia, variando as formas e arranjos de bico com alto fator de forma, e controlando a velocidade do bico e as relações de velocidade. Dessa forma, o volume da chama e a liberação de energia podem ser adaptados às aplicações e fornos particulares.

[00077] Note que, nas formas de realização exemplares acima descritas, o combustível foi fornecido no bico com HSF e oxidante foi fornecido no bico anular. No entanto, se desejado, o escoamento de combustível e oxidante podem ser invertidos, e resultados benéficos semelhantes são esperados.

[00078] O queimador com liberação rápida de energia pode ser utilizado numa vasta gama de aplicações, em que se deseja ter uma chama volumosa, e liberação de energia e fluxo de calor definidos. Por exemplo, o queimador, incluindo um bico com HSF rodeado por um bico anular, pode ser utilizado em todas as aplicações relacionadas à fusão e reaquecimento de metais (por exemplo, alumínio, ferro e aço, cobre, chumbo, zinco dentre outros materiais), incluindo o aquecimento em fornos rotativos, fornos com reverberação, tanques de imersão, e fornos de cuba, bem como outros fornos. Num aspecto, o queimador com liberação rápida de energia pode ser utilizado em aplicações que envolvam carregamento não uniforme (ou assimétrico) de sucata ou peças de metal (tais como lingotes e blocos) no forno.

[00079] A presente invenção não deve ser limitada no seu âmbito pelas formas de realização ou aspectos específicos descritos nos exemplos, que têm o propósito de servir como ilustrações de alguns aspectos da invenção, e quaisquer formas de realização, que sejam funcionalmente equivalentes, estão dentro do âmbito da presente invenção. Várias modificações da invenção, em adição às aqui apresentadas e descritas, serão evidentes para os especialistas na arte e se destinam a incidir no âmbito das reivindicações anexas.

Claims (16)

1. QUEIMADOR, compreendendo:bico com alto fator de forma (30) incluindo um corpo de bico (34) e abertura de bico (38) tendo um fator de forma de 10 a 75, o fator de forma sendo definido como o quadrado do perímetro de bico dividido pelo dobro da área de seção transversal do bico; caracterizado por compreender:bico anular (20) em torno do bico com alto fator de forma (30); no qual uma abertura de bico anular (28) é formada entre o bico anular (20) e o bico com alto fator de forma (30);em que o bico com alto fator de forma (30) é configurado para ser alimentado com um dentre gás combustível e gás oxidante, e o bico anular (20) é configurado para ser alimentado com o outro dentre gás combustível e gás oxidante;no qual a abertura de bico com alto fator de forma (38) e da abertura de bico anular (28) serem dimensionadas, de modo a proporcionar uma relação de velocidades entre uma corrente de gás fluindo através do bico anular (20) e uma corrente de gás fluindo através da abertura de bico com alto fator de forma (38), Vannular/VHSF, de menos de 1

2. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do corpo de bico (34) com alto fator de forma (30) se afunilar na direção da abertura de bico (38), o corpo de bico (34) tendo duas faces afuniladas (36) que se situam em um ângulo de 15° a 30° com respeito a um eixo do queimador (10).

3. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do bico anular (20) ter uma extremidade de descarga, e da abertura de bico (38) do bico com alto fator de forma (30) ser axialmente deslocada da extremidade de descarga.

4. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do bico com alto fator de forma (30) ser posicionado centralmente no interior da abertura de bico anular (28).

5. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do bico com alto fator de forma (30) ser deslocado de uma posição central no interior da abertura de bico anular (28).

6. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de bicos com alto fator de forma (30) posicionados dentro da abertura de bico anular (28).

7. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender:bico com alto fator de forma (30) inclui uma face de saída (32), e a abertura de bico (38) estando na face de saída (32); e no qualo bico anular (20) em torno do bico com alto fator de forma (30) e tendo uma extremidade de descarga (22); eem que a face de saída (32) do bico com alto fator de forma (30) é deslocada por uma distância de deslocamento em relação à extremidade de descarga do bico anular (20).

8. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato do corpo de bico (34) do bico com alto fator de forma (30) se afunilar para dentro em direção à face de saída (32).

9. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato deo bico com alto fator de forma (30) ter um plano central, que se prolonga para fora a partir da face de saída (32); eda parede externa do corpo de bico (34) com alto fator de forma (30) ter duas faces opostas (36), que se afunilam para dentro em direção ao plano central, de tal modo que as projeções das faces opostas (36) e do plano central se interceptem em uma linha além da face de saída (32) do bico com alto fator de forma (30).

10. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do ângulo de afunilamento ser de 15° a 30°.

11. QUEIMADOR, de acordo com as reivindicações 2 ou 10, caracterizado pelo fato do bico com alto fator de forma (30) ter uma área de seção transversal e uma face de saída (32) com uma área de 35% a 70% da área de seção transversal.

12. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 3 ou a reivindicação 7, caracterizado pelo fato do bico com alto fator de forma (30) ter um diâmetro, e da abertura de bico (38) do bico com alto fator de forma (30) ser rebaixada a partir da extremidade de descarga (22) em menos de, ou igual a, cerca de um diâmetro de bico com alto fator de forma.

13. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato da relação entre a área de seção transversal do bico com alto fator de forma (30) e a área de seção transversal do bico anular (20) ser dimensionada, de modo a proporcionar uma relação de velocidades entre uma corrente de gás fluindo através da abertura de bico anular (28) e uma corrente de gás fluindo através da abertura de bico com alto fator de forma (38), VANNULAR/VHSF, de menos de 1.

14. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato da relação entre áreas de seção transversal ser dimensionada para proporcionar uma relação de velocidades VANNULAR/VHSF de 0,3.

15. MÉTODO DE COMBUSTÃO COM LIBERAÇÃO RÁPIDA DE ENERGIA, caracterizado pelo fato de compreender:alimentar um gás combustível e um gás oxidante a um queimador (10) tendo um bico com alto fator de forma (30) e um bico anular (20) envolvendo o bico com alto fator de forma (30);direcionar um dentre o gás combustível e o gás oxidante através do bico com alto fator de forma (30); edirecionar o outro dentre o gás combustível e o gás oxidante através do bico anular (20);em que o bico com alto fator de forma (30) inclui abertura de bico (38) tendo um fator de forma de 10 a 75, o fator de forma sendo definido como o quadrado do perímetro de bico dividido pelo dobro da área transversal do bico; eno qual abertura de bico anular (28) é formada entre o de bico anular (20) e o bico com alto fator de forma (30); efazer com que a relação entre a velocidade do gás fluindo através da abertura de bico anular (28) e a velocidade do gás fluindo através da abertura de bico com alto fator de forma (38), VANNULAR/VHSF, ser inferior a 1.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 115, caracterizado pelo fato do gás combustível e do gás oxidante se combinarem para criar uma chama volumosa para fundir pelo menos um dentre alumínio, ferro, aço, cobre e zinco em um forno.

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