BR112014013182B1 - queimador, e método de combustão - Google Patents

Abstract

QUEIMADOR, E MÉTODO DE COMBUSTÃO . Trata-se de um queimador, incluindo um bico central de oxidante definindo um eixo central do queimador, e uma pluralidade de estabilizadores de chama, cada qual tendo um eixo espaçado do eixo do queimador, cada estabilizador de chama incluindo 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, em que 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.

Description

Antecedentes da Invenção

[0001] O objeto da presente invenção refere-se a um queimador de oxi-combustivel com faseamento, que pode ser usado como um queimador de oxi-combustivel ou um queimador de ar-oxi- combustivel, para permitir um modo amplo de combustão, baixas emissões de NOx, e um controlado perfil de fluxo térmico.

[0002] Os queimadores de oxi-combustivel e ar-oxi- combustivel são utilizados em uma vasta gama de aplicações. Em algumas aplicações, é desejável ter um queimador com um fluxo rápido de calor combinado com baixo NOx, operando num modo de oxi-combustivel ou ar-oxi-combustivel. Em outras aplicações, é desejável ter um queimador com um fluxo de calor uniforme combinado com baixo NOX. Em outras aplicações ainda, é desejável ter um perfil de fluxo de calor, que possa ser ajustado para acomodar um forno ou cenário de aquecimento especifico.

[0003] Queimadores convencionais de oxi-combustivel e métodos para utilizar queimadores para arrastar gás de forno para dentro da zona de combustão são descritos na Patente dos EUA N°. 6.866.503 B2, Pub. dos EUA N° . 2003/0148236 Al, e na Pub. dos EUA N°. 2007/0254251 Al, que são aqui incorporadas por referência na sua totalidade. Bicos de alto impeto nesses queimadores podem ser suscetíveis à incrustação e entupimento, principalmente quando utilizados em ambientes empoeirados ou sujos. Outro queimador convencional, conhecido como um queimador de "tubo-a-tubo", é descrito na Figura 21.4 da seção 21.4.1 do Manual de Queimadores Industriais, CRC Press 2004. Existe a demanda nesta arte de um queimador e método que proporcione combustão espaçosa, reduzido NOx, e um perfil controlável de fluxo de calor.

Breve Sumário da Invenção

[0004] Um queimador oxi-combustivel com faseamento, como aqui descrito, fornece um modo amplo de combustão que se acredita induzir elevada transferência de calor por convecção da chama. 0 queimador utiliza um bico central com faseamento de oxidante cercado por bicos com alto fator de forma, cada bico com alto fator de forma sendo protegido por um jato anular, para inibir incrustações e entupimento dos bicos com alto fator de forma. Queimadores, como aqui descritos, podem ser operados em regimes de oxi-combustivel, ar-oxi-combustivel e ar- combustivel, e podem utilizar um ou mais combustíveis. As chamas produzidas pelos queimadores podem ser controladas, para ter um fluxo de calor quase uniforme e produzir NOx mais baixo, do que queimadores de oxi-combustivel e ar-oxi-combustivel comparáveis.

[0005] Numa forma de realização, um queimador é descrito tendo um bico central de oxidante, que define um eixo central do queimador, e uma pluralidade de estabilizadores de chama, cada qual tendo um eixo espaçado do eixo do queimador. Cada estabilizador de chama inclui 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 em torno do bico com alto fator de forma. 0 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.

[0006] Em um aspecto, o bico central de oxidante inclui um bico central com faseamento e um bico anular em torno do bico central com faseamento e posicionado radialmente para dentro a partir dos estabilizadores de chama.

[0007] Num outro aspecto, a abertura de bico com alto fator de forma inclui um eixo principal da abertura de bico. Numa variação, a abertura de bico com alto fator de forma inclui uma ranhura central definindo o eixo principal e uma ou mais ranhuras transversais interceptando a ranhura central. Pelo menos um estabilizador de chama pode ser orientado, de modo que o eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma intercepte o eixo central do queimador, ou cada estabilizador de chama possa ser orientado, de modo que o eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma intercepte o eixo central do queimador. Pelo menos um estabilizador de chama pode ser orientado, de modo que o eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma seja perpendicular a um raio estendendo-se para fora a partir do eixo central do queimador, ou cada estabilizador de chama pode ser orientado, de modo que o eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma seja perpendicular a um raio estendendo-se para fora a partir do eixo central do queimador.

[0008] Em outro aspecto, um plano estendendo-se geralmente axialmente para fora a partir do eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma de cada estabilizador de chama é substancialmente paralelo ao eixo central do queimador. Alternativamente, num outro aspecto, um plano estendendo-se geralmente axialmente para fora a partir do eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma é inclinado radialmente com respeito ao eixo central do queimador, segundo um ângulo de cerca de 30° radialmente para dentro a cerca de 30° radialmente para fora. Alternativamente, num outro aspecto, um plano estendendo-se geralmente axialmente para fora a partir do eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma de cada estabilizador de chama é inclinado radialmente para dentro em direção ao eixo central do queimador, segundo um ângulo de menos de, ou igual a, cerca de 10°.

[0009] Em outro aspecto, o bico com alto fator de forma tem um corpo afunilado na direção da abertura de bico, o corpo de bico tendo duas faces afuniladas, que se situam em um ângulo de cerca de 15° a cerca de 30° com respeito ao eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma, e 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.

[00010] Em outro aspecto, o bico com alto fator de forma é configurado para ser alimentado com gás combustível e o bico anular é configurado para ser alimentado com gás oxidante. Como alternativa, em outro aspecto, o bico com alto fator de forma é configurado para ser alimentado com gás oxidante e o bico anular é configurado para ser alimentado com gás combustível.

[00011] Em outro aspecto, os estabilizadores de chama são espaçados de maneira aproximadamente igual entre si.

[00012] Em outro aspecto, o bico anular tem uma extremidade de descarga, e a abertura de bico do bico com alto fator de forma é axialmente rebaixada em relação à extremidade de descarga em menos de, ou igual a, cerca de um diâmetro de bico com alto fator de forma.

[00013] Em outro aspecto, a abertura de bico anular é formada entre o bico anular e o bico com alto fator de forma, e a abertura de bico com alto fator de forma e a abertura de 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/VHSF, de menos de cerca de 1.

[00014] Em outra forma de realização, um método de combustão é descrito. O método inclui alimentar ar e/ou gás oxidante a um bico central de oxidante definindo um eixo central de um queimador, alimentar gás combustível e gás oxidante a uma pluralidade de estabilizadores de chama, cada qual tendo um eixo espaçado de um eixo central do queimador, cada estabilizador de chama tendo um bico com alto fator de forma e um bico anular em torno do bico com alto fator de forma, fluir um dentre gás combustível e gás oxidante através do bico com alto fator de forma, e fluir o outro dentre gás combustível e 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 como o quadrado do perímetro de bico dividido pelo dobro da área de seção transversal do bico.

[00015] Em um aspecto, gás combustível é escoado através do bico com alto fator de forma e gás oxidante é escoado através do bico anular. Alternativamente, em outro aspecto, gás oxidante flui através do bico com alto fator de forma e gás combustível flui através do bico anular.

[00016] Em outro aspecto, o bico central de oxidante inclui um bico central com faseamento e um bico anular em torno do bico central com faseamento e posicionado radialmente para dentro a partir dos estabilizadores de chama, e o método ainda inclui fluir gás oxidante através do bico central com faseamento e fluir ar através do bico anular. Alternativamente, em outro aspecto, o método ainda inclui fluir o gás oxidante através do bico central de oxidante. Alternativamente, num outro aspecto, o método ainda inclui fluir ar através do bico central de oxidante.

[00017] Em outro aspecto, o método inclui fluir fluxo suficiente do gás oxidante para o bico central de oxidante, para fornecer cerca de 75% da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível, e fluir fluxo suficiente do gás oxidante para os estabilizadores de chama, para proporcionar o equilíbrio da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível.

[00018] Em outro aspecto, o método inclui fluir fluxo suficiente de gás oxidante para o bico central de oxidante, para fornecer de cerca de 50% a cerca de 90% da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível, e fluir fluxo suficiente do gás oxidante para os estabilizadores de chama, para obter o equilíbrio da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível.

[00019] Em outro aspecto, o método inclui fluir fluxo suficiente do gás oxidante para os estabilizadores de chama, para proporcionar essencialmente 100% da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível, e fluir essencialmente 0% da demanda estequiométrica de gás oxidante para o bico central de oxidante.

[00020] Em outro aspecto, o método inclui fluir fluxo suficiente do gás oxidante para os estabilizadores de chama, para proporcionar não mais do que cerca de 5% da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível, e fluir fluxo suficiente do gás oxidante para o bico central de oxidante, para proporcionar o equilibrio da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível.

[00021] Em outro aspecto, o método inclui fluir fluxo suficiente do gás oxidante para o bico central de oxidante, para fornecer essencialmente 100% da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível, e fluir essencialmente 0% da demanda estequiométrica de gás oxidante para os estabilizadores de chama.

[00022] Em outro aspecto, a abertura de bico com alto fator de forma de cada estabilizador de chama inclui um eixo principal e um plano estendendo-se geralmente axialmente para fora do eixo principal da ranhura central de cada estabilizador de chama, o eixo do estabilizador de chama sendo inclinado radialmente para dentro em direção ao eixo central do queimador, segundo um ângulo de menos de, ou igual a, cerca de 10°.

[00023] Em outro aspecto, os estabilizadores de chama são espaçados de maneira aproximadamente igual entre si.

[00024] Em outro aspecto, a abertura de bico com alto fator de forma inclui um eixo principal da abertura de bico, e cada estabilizador de chama é orientado, de modo que o eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma intercepte o eixo central do queimador.

[00025] Em outro aspecto, a abertura de bico com alto fator de forma inclui um eixo principal da abertura de bico, e cada estabilizador de chama é orientado, de modo que o eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma seja perpendicular a um raio estendendo-se para fora a partir do eixo central do queimador.

[00026] Em outro aspecto, uma abertura de bico anular é formada entre o bico anular e o bico com alto fator de forma, e 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 de bico com alto fator de forma, VANNULAR/VHSF, seja inferior a cerca de 1.

[00027] Os diversos aspectos da presente invenção aqui descritos podem ser utilizados em separado ou em combinação uns com os outros.

Breve Descrição das várias Vistas dos Desenhos

[00028] 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.

[00029] A Fig. 2 é uma vista extrema de um queimador, como na Fig. 1.

[00030] A Fig. 3A é uma vista em corte transversal de um queimador, como na Fig. 1, obtida uma seção vertical, como o bico aparece na Fig. 2.

[00031] Fig. 3B é uma vista em corte transversal de um queimador, como na Fig. 1, obtida uma seção horizontal, como o bico aparece na Fig. 2.

[00032] 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) .

[00033] A Fig. 5A é um gráfico do fluxo de calor em relação ao comprimento de forno em um forno de teste, comparando o perfil de liberação de calor de um queimador com liberação rápida de energia a um queimador convencional de oxi- combustível de tubo-em-tubo.

[00034] A Fig. 5B é um gráfico, sobreposto a um gráfico de um forno rotativo exemplar, no qual um queimador é instalado, ilustrando 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.

[00035] A Fig. 6 é uma vista em planta de um forno exemplar, tal como um forno de cuba ou cubilô, tendo uma grande relação de comprimento para largura e múltiplos queimadores queimando lateralmente ao longo da largura do forno, com espaço de combustão limitado.

[00036] 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.

[00037] 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.

[00038] A Fig. 9 é uma vista em perspectiva em corte transversal da seção axial I-I do bico da Fig. 8.

[00039] A Fig. 10A é uma vista de frente do corpo de bico da Fig. 8, de bico. que mostra a extremidade ou bico de descarga do corpo

[00040]A Fig. 103 é uma vista em corte transversal da seção II-II da A Fig Fig.

[00041]A Fig. 10C é uma vista em corte da seção III-III da Fig. 1OA.

[00042] A Fig. 10D é uma vista de trás do corpo de bico da Fig. 8, que mostra a extremidade de entrada do corpo de bico.

[00043] 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.

[00044] A Fig. 12A é uma vista de frente do corpo de bico da Fig. 11, que mostra a extremidade ou bico de descarga do corpo de bico.

[00045] A Fig. 12B é uma vista em corte transversal da seção IV-IV da Fig. 12A.

[00046] A Fig. 12C é uma vista em corte transversal da seção de V-V da Fig. 12A.

[00047] A Fig. 13 apresenta definições de vários parâmetros de concepção geométrica do corpo de bico das Figs. 12A, 12B, e 12C.

[00048] A Fig. 14 apresenta definições de vários parâmetros de concepção geométrica do corpo de bico das Figs. 10A, 10B e 10C.

[00049] A Fig. 15 é uma vista extrema de uma forma de realização de um queimador de oxi-combustivel com faseamento tendo estabilizadores de chama com alto fator de forma espaçados em torno de uma periferia de uma bico de ar com um bico central com faseamento de oxidante.

[00050] As Figs. 16A e 16B são vistas extremas, comparando formas de realização de um queimador de oxi-combustivel com faseamento com um bico de ar central, e que têm os estabilizadores de chama com alto fator de forma orientados numa configuração em caixa (com um eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma interceptando um eixo central do queimador) e uma configuração em cruz (com um eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma perpendicular a um raio estendendo-se a partir de um eixo central do queimador).

[00051] As Figs. 17A e 17B são vistas extremas, comparando formas de realização de um queimador de oxi-combustivel com faseamento, com um bico de oxidante incluindo um bico central de oxigênio com faseamento rodeado por um bico de ar anular, e tendo estabilizadores de chama com alto fator de forma orientados numa configuração em caixa (com um eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma interceptando um eixo central do queimador) e uma configuração em cruz (com um eixo principal da abertura de bico com alto fator de forma perpendicular a um raio estendendo-se a partir de um eixo central do queimador).

[00052] A Fig. 18 é uma vista extrema de uma forma de realização de um queimador de oxi-combustivel com faseamento, com um bico central com faseamento de oxidante e estabilizadores de chama com alto fator de forma envolvendo e espaçados do bico com faseamento.

[00053] A Fig. 19 é um gráfico que mostra uma comparação do perfil do fluxo de calor para várias formas de realização e parâmetros operacionais de um queimador de oxi-combustivel com faseamento e de queimadores comparativos.

[00054] A Fig. 20 é um gráfico que mostra uma comparação da concentração de NO do gás de combustão através de niveis de enriquecimento de oxigênio para formas de realização de um queimador de oxi-combustivel com faseamento e um queimador comparativo.

Descrição Detalhada da Invenção

[00055] Um queimador de oxi-combustivel com faseamento é descrito, que pode fornecer perfil do fluxo de calor controlável e reduzido NOx.

[00056] Tal como aqui utilizado, os termos "oxidador" e "oxidante" são utilizados indistintamente para significar um gás com um maior concentração de O2 do que o ar, por exemplo, 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 O2, ou pelo menos cerca de 85% em vol. de 02, ou cerca de 100% de O2. Tal como aqui utilizado, "gás combustível" pode incluir qualquer tipo de combustível gasoso capaz de combustão em um oxidador ou oxidante, incluindo, mas não se limitado a, gás natural. Tal como aqui utilizado, "ar" significa um gás com aproximadamente 20,8% em vol. de O2.

[00057] As Figs. 1-3B mostram um queimador exemplar 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. O bico com HSF 30 inclui uma face de saida 32 e um corpo de bico 34 ligado ao conduto interno 14. Uma abertura de bico 38 é formada na face de saida 32 do bico 30. Uma abertura de bico anular 28 é formada entre o bico anular 20 e o bico com HSF 30.

[00058] Um acendedor opcional 40, como mostrado nas Figuras, pode ser fornecido para ignição 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 o fluxo de um liquido de arrefecimento, para remover calor do bico anular 20.

[00059] Durante a operação do queimador 10, o bico com HSF 30 é alimentado com uma corrente interna de gás combustível ou gás oxidante pelo 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, gás combustível é alimentado como a corrente interna ao bico com HSF 30, enquanto gás oxidante é alimentado como a corrente externa ao bico anular 20. Numa outra forma de realização, gás oxidante é alimentado como a corrente interna para o bico com HSF 30, enquanto gás combustível é alimentado como a corrente externa ao bico anular 20.

[00060] 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.

[00061] A abertura de descarga do bico com alto fator de forma 38 tem uma geometria, que ajuda a corrente interna de saída 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 zíper". 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 como

onde P é o perímetro da abertura de descarga e A é a área de escoamento da abertura de descarga. A dimensão do perímetro 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.

[00062] 0 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). 0 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 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.

[00063] O 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. O 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. O 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.

[00064] 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.

[00065] 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 saida 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 saida 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 piano central, de tal modo que projeções das faces oposta e do piano central se interceptem em uma linha na zona de combustão, a além da face de saida 32 do bico 30.

[00066] 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 s 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 urn intervalo de ângulo θ incluido de cerca de 108° a cerca de 147°. Na forma de realização representada nas Figs. 1-3B, o ângulo 6 incluido 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%.

[00067] O formato afunilado do bico com HSF 30 ajuda a reduzir significativamente a temperatura da superfície da face de saída 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 saída 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 zíper. 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 saída 32.

[00068] As Figs. 7A e 7B comparam as características de chama de dois queimadores, o queimador na Figura 7 A 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 saida 32 do bico com HSF 30 é muito mais fria e não brilha.

[00069] Em outro aspecto ainda, a face de saida 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, DHSF, do bico 30. Isto é, a face de saida 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. O 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.

[00070] Em alternativa, a face de saida 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.

[00071] 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) , 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, VANNÜLAR/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) .

[00072] 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.

[00073] 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. O 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 saída 617. As ranhuras são dispostas entre a face de saída 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 saídas da ranhura. A abertura formada pelas ranhuras 607, 609, 611, 613 e 615 forma os bicos com HSF 30, como anteriormente descrito.

[00074] 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 possiveis entre as ranhuras exemplares 609, 611, 613 e 615 e a ranhura 607. Da mesma forma, quando vistas numa direção perpendicular à face de saida 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.

[00075] 0 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. O 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.

[00076] 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. 0 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.

[00077] 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.

[00078] 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 cilindrico tipico, como mostrado, o eixo do fluxo de entrada pode ser paralelo ou coincidente ao eixo do conduto.

[00079] 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.

[00080] 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.

[00081] 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 oq é formado entre o plano central da ranhura 615 e eixo do fluxo de entrada 701, e o ângulo ot2 é formado entre o plano central da ranhura 609 e o eixo do fluxo de entrada 701. Os ângulos o<i e «2 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 a4 é formado entre o plano central da ranhura 613 e o eixo do fluxo de entrada 701. Os ângulos «3 e OÍ4 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 incluido entre 0 e cerca de 15 graus.

[00082] 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 7 01. 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.

[00083] A Fig. 10D é um desenho em perspectiva posterior de 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.

[00084] 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 a5 e -Os ângulos a5 e OÍ6 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.

[00085] 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 incluído β2, 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.

[00086] 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.

[00087] Cada uma das ranhuras nas formas de realização exemplares acima descritas tem paredes internas, geralmente planas e paralelas. Outras formas de realização são possíveis, 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 retilineos e extremidades curvas.

[00088] 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 2

[00089] 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).

[00090] 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, combustível (gás natural) foi alimentado ao bico com HSF e oxidante (oxigênio) foi fornecido ao bico anular. As direções do fluxo de combustível (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.

[00091] 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.

[00092] 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.

[00093] 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.

[00094] 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.

[00095] 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, aluminio, 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.

[00096] Uma forma de realização de um queimador com faseamento 100 é mostrada na Fig. 15. O queimador 100 inclui vários bicos contidos dentro de um corpo de queimador 102. Um bico central de oxidante 150 é rodeado por uma pluralidade de estabilizadores de chama 110. No forma de realização ilustrada, quatro estabilizadores de chama 110 são ilustrados. No entanto, entende-se que o queimador 100 pode ser configurado para ter qualquer número de estabilizadores de chama 110, por exemplo, tão pouco quanto um e tantos quanto uma dúzia, dependendo do tamanho do queimador e da aplicação. De preferência, o queimador 100 tem, pelo menos, dois estabilizadores de chama 110, pelo menos, três estabilizadores de chama 110, pelo menos, quatro estabilizadores de chama 110 ou, pelo menos, cinco estabilizadores de chama 100. Os estabilizadores de chama 110 podem ser igualmente espaçados em torno da periferia do bico de oxidante 150 (isto é, espaçados aproximadamente igualmente uns dos outros), ou eles podem ser espaçados de forma assimétrica para conseguir um formato ou característica de chama desejada.

[00097] O bico oxidante 150 inclui um conduto central 152 formando um bico central com faseamento de oxidante 154, e um conduto externo 156 formando um bico anular 158, que envolve o bico central com faseamento 154. Em operação, oxidante com faseamento é tipicamente escoado através do bico central com faseamento 154, e ar pode ser escoado através do bico anular 158 em combinação com, ou como uma alternativa para, oxidante com faseamento escoado através do bico central de oxidante 154. 0 bico de oxidante 150 é centrado em torno de um eixo central do queimador 100.

[00098] A pluralidade de estabilizadores de chama 110 é posicionada aproximadamente à mesma distância radial (indicada por um circulo 160) a partir do eixo central do queimador 100. Cada estabilizador de chama 110 pode ser construido da mesma maneira que o queimador com liberação rápida de energia 10 e o conjunto de bico 601 descrito acima. Por exemplo, como mostrado, o estabilizador de chama 110 inclui um bico anular 120 em torno de um bico com alto fator de forma 130, o bico anular 120 envolvendo uma abertura de bico anular 128 e o bico com alto fator de forma 130 incluindo uma abertura de bico com alto fator de forma 138 através de uma face de saida 132. A configuração da abertura de bico com HSF 138 pode ser variada, para ter uma ranhura central e mais ou menos ranhuras transversais (por exemplo, um bico com HSF com duas ranhuras transversais é mostrado nas Figuras 15-18) e as ranhuras podem ser inclinadas ou retas, dependendo da aplicação.

[00099] Exemplos de aberturas de bico com HSF 138 são configurados de forma assimétrica, conforme descrito acima em relação ao queimador 10 e ao corpo de bico 601, no qual uma ranhura central é interceptada por duas ou mais ranhuras transversais, cada qual tendo um comprimento mais curto do que da ranhura central. A orientação do bico com HSF em si pode ser definida pela orientação do eixo da ranhura central, respeito ao eixo central do queimador. Em uma forma de realização de um queimador 100a, como mostrado na Fig. 17A, os estabilizadores de chama 110 são orientados, de modo que os eixos centrais das ranhuras centrais de bico com HSF formem uma configuração em caixa, ou uma configuração geométrica correspondente, quando existirem menos ou mais do que quatro estabilizadores de chama 110. Nessa configuração, o eixo central de cada ranhura central de bico com HSF é tangente ao circulo 160 em torno do eixo central do queimador ou, descrito como alternativa, é perpendicular a um raio estendendo-se para fora a partir do eixo central do queimador. Em outra forma de realização de um queimador 100b, como mostrado na Fig. 17B, os estabilizadores de chama 110 são orientados, de modo que os eixos centrais das ranhuras centrais de bico com HSF formem uma configuração em cruz, ou mais geralmente, uma configuração com raios, quando houver qualquer número de estabilizadores de chama 110. As características do fluxo de calor e de NOx do queimador podem mudar, à medida que a orientação dos estabilizadores de chama 110 for alterada. Em outras formas de realização, os estabilizadores de chama 110 podem ser orientados com o eixo central do bico com HSF em qualquer ângulo em relação a um raio estendendo-se para fora a partir do eixo central do queimador; a orientação do estabilizador de chama 110 não se restringe às variações em caixa e em cruz mostradas nas Figs. 17A e 17B. Além disso, nem todos os estabilizadores de chama 110 necessitam ser orientados da mesma forma no interior do queimador. Por exemplo, um ou mais estabilizadores de chama 100 podem ser orientados com seu eixo central interceptando o eixo central do queimador, um ou mais estabilizadores de chama 110 podem ser orientados com seu eixo central perpendicular a um raio estendendo-se a partir do eixo central do queimador, e um ou mais estabilizadores de chama 110 podem ser orientados, segundo um ângulo entre essas duas posições, tudo dentro do mesmo queimador 100.

[000100] A orientação do fluxo, que sai da abertura de bico com HSF, pode ser definida pela orientação angular do plano central da ranhura central, que pode estar a um ângulo β em relação a um eixo do fluxo de entrada (ou um ângulo de (90° - β) com relação à face de saida do bico com HSF) , como acima discutido em detalhes com referência às Figs. 10, 12, 13 e 14.

[000101] Para obter um perfil desejado de fluxo de calor, nivel de produção de NOx e outras características operacionais, um queimador de oxi-combustivel com faseamento, como aqui descrito, pode ser operado em muitos modos diferentes, incluindo oxi-combustivel pleno com ou sem faseamento, ar-oxi- combustivel, praticamente ar-combustivel, e ar-combustivel pleno. A Fig. 19 compara quatro perfis de fluxo de calor (abaixo discutidos em mais detalhes), incluindo a curva (A) correspondente ao queimador com liberação rápida de energia 10, a curva (B) correspondente a um queimador de referência com fluxo de calor uniforme, conforme descrito na EUA 2003/0148236, a curva (C) correspondente a um modo de operação de uma forma de realização de um queimador de oxi-combustivel com faseamento, que atinge um perfil de fluxo de calor hibrido, e a curva (D) correspondente a outro modo de operação de uma forma de realização de um queimador de oxi-combustivel com faseamento, que atinge um perfil do fluxo de calor uniforme e muito semelhante à curva (B).

[000102] Quando se discute aqui um queimador 100, entende-se que o queimador 100 possa ter várias configurações, incluindo aquelas representadas como queimadores 100a, 100b, 200a, 200b e 300 nas Figs. 16A-18. Em um modo de operação de oxi- combustível, espera-se que um queimador 100 possa ser operado para produzir um perfil de fluxo de calor muito semelhante àquele mostrado na Fig. 5 para um único queimador com liberação rápida de energia 10. Para referência, a mesma curva de fluxo de calor é mostrada como curva (A) na Fig. 19. Neste modo, o queimador 100 será operado com uma relação aproximadamente estequiométrica de gás oxidante e gás combustível, escoados através dos estabilizadores de chama 110, sem ar alimentado através do bico de ar 158 e nenhum oxigênio com faseamento fornecido através do bico de oxigênio com faseamento 152, e os bicos com HSF 30 nos estabilizadores de chama 110 terão um ângulo β de cerca de 0o. Será previsto que tal queimador tenha um desempenho semelhante a vários queimadores com liberação rápida de energia 10 operando em conjunto, embora o perfil do fluxo de calor, sem dúvida, seja afetado pela proximidade dos estabilizadores de chama 110 individuais entre si, o que irá afetar a extensão, em que as várias zonas de combustão interagem. Note-se que, neste modo de operação, um bico de ar 158 e um bico com faseamento de oxigênio 152 não necessitam estar fisicamente presentes no queimador, uma vez que eles não são usados.

[000103] Em outro modo de operação com oxi-combustível, um queimador 100 foi operado com uma relação aproximadamente estequiométrica de gás oxidante e gás combustível escoados através dos estabilizadores de chama 110, sem ar alimentado através do bico de ar 158 e nenhum oxigênio alimentado com faseamento através do bico com faseamento de oxigênio 152, e com os bicos com HSF 30 nos estabilizadores de chama 110 tendo um ângulo β de cerca de 3 o radialmente para dentro. Surpreendentemente, o perfil do fluxo de calor resultante, ilustrado como a curva (C) na Fig. 19, foi substancialmente achatado (isto é, mais uniforme) do que para o queimador de fluxo rápido de calor, como indicado pela curva (A) . Com base neste resultado, acredita-se que a forma e localização de pico do perfil do fluxo de calor possam ser controladas, ajustando o ângulo β, em que o plano central da abertura de bico com alto fator de forma 138 é inclinado radialmente para dentro ou para fora, a partir de cerca de 30° radialmente para dentro a cerca de 30° radialmente para fora e, de preferência, de cerca de 10° radialmente para dentro a cerca de 10° radialmente para fora e, mais preferencialmente, de ligeiramente mais que 0o radialmente para dentro a cerca de 10° radialmente para dentro. Note-se que, neste modo de operação, um bico de ar 158 e um bico central com faseamento de oxidante 154 não necessitam estar fisicamente presentes no queimador, uma vez que eles não são usados.

[000104] Em outro modo de operação com oxi-combustivel ainda, um queimador, como mostrado na Fig. 15, foi operado com uma quantidade sub-estequiométrica de oxigênio alimentada pelo oxidante fluindo através das aberturas de bico anular 138 nos estabilizadores de chama 110 e o balanço estequiométrico de oxigênio alimentado pelo oxidante fluindo através do bico central com faseamento de oxidante 154. Verificou-se que, aumentando a relação de oxigênio com faseamento, o perfil de liberação de calor pode ser substancialmente achatado. Num forno abaixo da temperatura de auto-ignição, o queimador foi operado de modo estável a niveis de faseamento de cerca de 0% (ou seja, essencialmente 100% da demanda estequiométrica de oxigênio alimentado através dos estabilizadores de chama 110 e essencialmente 0% do oxigênio estequiométrico alimentado através do bico central com faseamento 154) até cerca de 95% (isto é, apenas cerca de 5% de oxigênio estequiométrico alimentado através dos estabilizadores de chama e cerca de 95% do oxigênio alimentado através do bico central com faseamento 154). Em um forno na, ou superior à, temperatura de auto- ignição (por exemplo, cerca de 1250 °F para gás natural), o queimador pode ser operado de forma estável com apenas gás combustível alimentado pelos estabilizadores de chama 110, essencialmente 100% da demanda estequiométrica de oxigênio alimentado através do bico central com faseamento 154, e essencialmente 0% do oxigênio estequiométrico alimentado através dos estabilizadores de chama 110. Em um exemplo, a um nivel de faseamento de cerca de 75%, um perfil de fluxo de calor quase uniforme foi obtido, mostrado como curva (D) na Fig. 19. Nesse modo de operação, o ângulo β é, de preferência, de cerca de 0o. Acredita-se que perfis de fluxo de calor relativamente uniformes e produção reduzida de NOx possam ser obtidos nesse modo de operação, com niveis de faseamento de cerca de 50% a cerca de 90% e, de preferência, de cerca de 60% a cerca de 80%. Note-se que, nesse modo de operação, uma vez que o oxigênio é faseado sem a utilização de ar, o bico central com faseamento oxidante 154 é utilizado, mas um bico de ar 158 não necessita estar fisicamente presente. Um exemplo de tal queimador 300 é mostrado na Fig. 18.

[000105] Num modo de operação com ar-oxi-combustivel, o queimador pode ser operado a niveis de enriquecimento no bico de oxidante 150 entre ar (ou seja, 20,8%) e oxigênio quase puro (isto é, cerca de 100% de oxigênio). Independentemente do nivel de enriquecimento, um queimador com faseamento, como aqui descrito, foi mostrado como produzindo NOx significativamente inferior aos queimadores com oxi-combustivel e ar-oxi- combustivel existentes ao longo de toda a faixa de enriquecimento de oxigênio. É bem sabido que a produção de NOx na combustão de ar-oxi-combustivel normalmente atinge picos a um nivel de enriquecimento de cerca de 35% a cerca de 50%, com a produção de NOx diminuindo em niveis de enriquecimento mais baixos, devido às temperaturas de chama mais baixas e em niveis mais elevados de enriquecimento, devido à reduzida disponibilidade de azoto.

[000106] A Fig. 20 compara a concentração de gases de combustão de NO para três cenários diferentes. A curva do meio, marcada com simbolos triangulares, mostra o perfil de NO para um queimador com liberação de calor uniforme comparativo (ou seja, um queimador, como descrito na EUA 2003/0148236), que gerou a curva de liberação de calor uniforme (B) na Fig. 19.

[000107] A curva superior da Fig. 20, marcada por simbolos quadrados, apresenta maior produção de NO que o queimador comparativo em toda a faixa de enriquecimento de oxigênio. A curva superior foi obtida sem faseamento de oxigênio, usando um queimador 200a, como mostrado na Fig. 16A, com uma configuração em caixa dos estabilizadores de chama 100 (isto é, um queimador previsto para gerar um perfil do fluxo de calor semelhante à curva (B) na Fig. 19) . No entanto, um resultado semelhante seria esperado com um queimador 200b, como mostrado na Fig. 16B, com uma configuração transversal dos estabilizadores de chama 110, assim como com um dos queimadores 100a e 100b nas Figs. 17A e 17B, respectivamente, quando utilizado sem faseamento de oxigênio.

[000108] A curva inferior da Figura 20, marcada por simbolos de mais ( + ) , apresenta menor produção de NO que o queimador comparativo em toda a faixa de enriquecimento de oxigênio. A curva inferior foi obtida com faseamento de oxigênio a um nivel de cerca de 75% (ou seja, 75% do oxigênio estequiométrico fornecido pelo oxidante no bico central com faseamento), usando um queimador 100b, como mostrado na Fig. 17B, com uma configuração transversal dos estabilizadores de chama 110, a mesma configuração que gerou a curva de liberação de calor uniforme (D) na Fig. 19. Assim, um queimador 100b configurado e operado desta maneira produz um perfil do fluxo de calor substancialmente uniforme, e reduzido NOx. Mais testes para comparar o queimador 100a (configuração em caixa) com o queimador 100b (configuração em cruz), sob as mesmas condições de faseamento, indicam que a configuração em cruz é melhor para diminuir NOx nos gases de combustão, embora a configuração em caixa ainda tenha um desempenho melhor do que o queimador comparativo representado na Fig. 20. Sem estar limitado pela teoria, é provável que a configuração em caixa forme uma manta ou folha de chama em volta do fluxo de ar, proporcionando assim uma maior área de superfície para interação de combustivel/ar, a temperaturas que conduzem à formação de NOx, ao passo que a configuração em cruz faz com que a chama penetre e se expanda no fluxo de ar, reduzindo a área de superfície disponível para interação de combustivel/ar, a temperaturas que conduzem à formação de NOx.

[000109] Faseamento de oxigênio pode ser fornecido pelo oxidante (isto é, ar enriquecido ou oxigênio quase puro) no bico central com faseamento 152, pelo oxidante (isto é, ar, ar enriquecido, ou oxigênio quase puro), no bico de ar anular, ou por uma combinação dos mesmos, em qualquer relação. Durante os testes, foram observados niveis inferiores de produção de NOx e perfis de fluxo de calor mais uniformes, quando o oxigênio com faseamento foi fornecido em velocidade relativamente elevada através do bico central com faseamento 152 (isto é, a velocidades semelhantes ao gás combustível e gás oxidante saindo dos estabilizadores de chama 110, como anteriormente descrito com referência ao queimador com liberação rápida de energia 10). Sem estar limitado pela teoria, acredita-se que a separação entre os estabilizadores de chama 110 e o bico central com faseamento 152 permite um maior arrastamento de gases do forno, o que atrasa a misturação, criando assim uma chama mais espaçosa e diminuindo a temperatura da chama de pico. No entanto, perfis de fluxo de calor mais uniformes e reduzida produção de NOx, comparado com queimadores de oxi- combustivel e ar-oxi-combustivel existentes, também pode ser conseguidos, quando a totalidade ou parte do oxigênio com faseamento for proporcionada pelo ar, e quando oxigênio com faseamento for fornecido pelo oxidante em dinâmicas inferiores.

[000110] O queimador com faseamento 100, ou suas variantes 100a, 100b, 200a, 200b, pode ser operado em condições próximas às condições de ar-combustivel, se desejado, devido à estabilidade da chama gerada pelos estabilizadores de chama 110 sob condições extremamente sub-estequiométricas. Testes mostraram que o estabilizador de chama 110 pode conter uma chama estável, com apenas cerca de 5% de oxigênio estequiométrico. Em outras palavras, quando gás combustível (por exemplo, gás natural) for alimentado através da abertura de bico com HSF 138, e oxidante (por exemplo, oxigênio) for alimentado através da abertura de bico anular 128 a cerca de 5% da demanda estequiométrica, uma chama estável é mantida sobre a face do estabilizador de chama 110, que pode proporcionar uma fonte de ignição para combustão do restante do combustível com ar alimentado através do bico de ar 158. Assim, o queimador pode ser operado neste modo, mesmo num forno frio, que está bem abaixo da temperatura de auto-ignição. Para facilitar a combustão, quando o queimador for operado deste modo, é preferível colocar os estabilizadores de chama 110 inclinados radialmente para dentro em um ângulo β de pelo menos cerca de 3o até cerca de 10°.

[000111] Em alternativa, ao operar o queimador em um forno, que está acima da temperatura de auto-ignição, o queimador pode ser operado num modo de ar-combustivel, sem enriquecimento de oxigênio, através da alimentação de gás combustível, através dos bicos com HSF, e ar, através do bico de ar 158.

[000112] 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, caracterizado pelo fato de compreender: bico central de oxidante (150) definindo um eixo central do queimador (100); e pluralidade de estabilizadores de chama (110), cada qual tendo um eixo espaçado do eixo do queimador (100), caracterizado por cada estabilizador de chama compreendendo: bico com alto fator de forma (130) incluindo uma abertura de bico (138) 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; e bico anular (120) em torno do bico com alto fator de forma (130); em que o bico com alto fator de forma (130) é configurado para ser alimentado com um dentre gás combustível e gás oxidante, e o bico anular (120) é configurado para ser alimentado com o outro dentre gás combustível e gás oxidante, no quao o bico central de oxidante (150) compreende: bico central oxidante com faseamento (154); e bico de ar anular (158) em torno do bico central com faseamento (154) e posicionado radialmente para dentro dos estabilizadores de chama (110).

2. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da abertura de bico (138) com alto fator de forma (130) incluir um eixo principal da abertura de bico (138).

3. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da abertura de bico (138) com alto fator de forma incluir uma ranhura central definindo o eixo principal e uma ou mais ranhuras transversais interceptando a ranhura central.

4. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos um estabilizador de chama (110) ser orientado, de modo que o eixo principal da abertura de bico (138) com alto fator de forma intercepte o eixo central do queimador (100).

5. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos um estabilizador de chama (110) ser orientado, de modo que o eixo principal da abertura de bico (138) com alto fator de forma seja perpendicular a um raio estendendo-se para fora a partir do eixo central do queimador (100).

6. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um plano estendendo-se geralmente axialmente para fora a partir do eixo principal da abertura de bico (138) com alto fator de forma de cada estabilizador de chama (110) ser paralelo ao eixo central do queimador (100).

7. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um plano estendendo-se geralmente axialmente para fora a partir do eixo principal da abertura de bico (138) com alto fator de forma ser inclinado radialmente com respeito ao eixo do queimador central a um ângulo de 30° radialmente para dentro a 30° radialmente para fora.

8. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um plano estendendo-se axialmente para fora a partir do eixo principal da abertura de bico (138) com alto fator de forma de cada estabilizador de chama (110) ser inclinado radialmente para dentro em direção ao eixo central do queimador (100), segundo um ângulo menor que, ou igual a 10°.

9. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do bico com alto fator de forma (130) ter um corpo afunilado na direção da abertura de bico (138), o corpo de bico (601) tendo duas faces afuniladas, que se situam em um ângulo de 15° a 30° com respeito ao eixo principal da abertura de bico (138) com alto fator de forma (130); e em que o bico com alto fator de forma (130) tem uma área de seção transversal e uma face de saída com uma área de 35% a 70% da área de seção transversal.

10. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato dos estabilizadores de chama (110) serem espaçados de maneira aproximadamente igual entre si.

11. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do bico anular (120) ter uma extremidade de descarga, e da abertura de bico (138) do bico com alto fator de forma (130) ser axialmente rebaixada em relação à extremidade de descarga em menos de, ou igual a, cerca de um diâmetro do bico com alto fator de forma.

12. QUEIMADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de abertura de bico anular (128) ser formada entre o bico anular (120) e o bico com alto fator de forma (130); e da abertura de bico (138) com alto fator de forma e da abertura de bico anular (128) serem dimensionadas, de modo a proporcionar uma relação de velocidades entre uma corrente de gás fluindo através do bico anular (120) e uma corrente de gás fluindo através da abertura de bico (138) com alto fator de forma (130), VANNULAR/VHSF, de menos de cerca de 1.

13. MÉTODO DE COMBUSTÃO, compreendendo: alimentar ar e/ou gás oxidante a um bico central de oxidante (150), que define um eixo central de um queimador (100); alimentar gás combustível e gás oxidante a uma pluralidade de estabilizadores de chama (110), cada qual tendo um eixo espaçado de um eixo central do queimador (100), caracterizado por cada estabilizador de chama (110) ter um bico com alto fator de forma (130) e um bico anular (120) em torno do bico com alto fator de forma (130); fluir um dentre gás combustível e gás oxidante através do bico com alto fator de forma (130); e fluir o outro dentre gás combustível e gás oxidante através do bico anular (120); em que o bico com alto fator de forma (130) inclui abertura de bico (138) tendo um fator de forma de 10 a cerca de 75, o fator de forma sendo definido como o quadrado do perímetro de bico dividido pelo dobro da área transversal do bico, em que bico central de oxidante (150) inclui um bico central com faseamento (154)e um bico anular (120) em torno do bico central com faseamento (154), e posicionado radialmente para dentro a partir dos estabilizadores de chama, ainda compreendendo: fluir gás oxidante através do bico central com faseamento (154); e fluir ar através do bico anular (120).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender ainda: fluir um fluxo suficiente de gás oxidante para o bico central de oxidante (150), para fornecer de 50% a 90% da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível; e fluir um fluxo suficiente do gás oxidante para os estabilizadores de chama (110), para se obter o equilíbrio da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fatodeainda compreender: fluir um fluxo suficiente do gás oxidante para os estabilizadores de chama (110), para proporcionar 100% da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível; e fluir 0% da demanda estequiométrica de gás oxidante para o bico central de oxidante (150); ou fluir um fluxo suficiente do gás oxidante para o bico central de oxidante (150), para fornecer 100% da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível; e fluir 0% da demanda estequiométrica de gás oxidante para os estabilizadores de chama (110).

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de ainda compreender: fluir um fluxo suficiente do gás oxidante para os estabilizadores de chama (110), para prover não mais que 5% da demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível; e fluir 0% da demanda estequiométrica de gás oxidante para o bico central de oxidante (150) para prover equilíbrio de demanda estequiométrica de oxigênio para o gás combustível.

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